EP3852125A1 - Triggerable fuse for low voltage applications - Google Patents

Triggerable fuse for low voltage applications Download PDF

Info

Publication number
EP3852125A1
EP3852125A1 EP21161292.4A EP21161292A EP3852125A1 EP 3852125 A1 EP3852125 A1 EP 3852125A1 EP 21161292 A EP21161292 A EP 21161292A EP 3852125 A1 EP3852125 A1 EP 3852125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
constriction
fuse
fusible
triggerable
fuse according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP21161292.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3852125B1 (en
EP3852125C0 (en
Inventor
Arnd Ehrhardt
Peter Zahlmann
Sven WOLFRAM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP3852125A1 publication Critical patent/EP3852125A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3852125B1 publication Critical patent/EP3852125B1/en
Publication of EP3852125C0 publication Critical patent/EP3852125C0/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H89/00Combinations of two or more different basic types of electric switches, relays, selectors and emergency protective devices, not covered by any single one of the other main groups of this subclass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006Opening by severing a conductor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/0039Means for influencing the rupture process of the fusible element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/055Fusible members
    • H01H85/08Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/055Fusible members
    • H01H85/08Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member
    • H01H85/10Fusible members characterised by the shape or form of the fusible member with constriction for localised fusing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/055Fusible members
    • H01H85/12Two or more separate fusible members in parallel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/18Casing fillings, e.g. powder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05Component parts thereof
    • H01H85/18Casing fillings, e.g. powder
    • H01H85/185Insulating members for supporting fusible elements inside a casing, e.g. for helically wound fusible elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/38Means for extinguishing or suppressing arc
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/38Means for extinguishing or suppressing arc
    • H01H2085/381Means for extinguishing or suppressing arc with insulating body insertable between the end contacts of the fusible element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/36Means for applying mechanical tension to fusible member
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/34Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36Metal parts

Definitions

  • the invention relates to a triggerable fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, consisting of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing as well as with a trigger device for the controlled disconnection of the fusible link in the event of malfunctions or overload states of the respective connected device, wherein an extinguishing agent is introduced into the housing.
  • fuses are used as backup protection for surge arresters in the so-called shunt branch.
  • a corresponding fuse must guarantee protection in the event of a short circuit.
  • the special properties of a fuse basically allow only very few design options with regard to a variation or setting of the protection area of the fuse.
  • the DE 42 11 079 A1 shows such a solution in which a pyrotechnic charge is ignited when the current flowing through the current conductor of the fuse and detected by a current detection device has a strength that is greater than a predeterminable threshold value.
  • the DE 10 2008 047 256 A1 discloses a high-voltage fuse with a controllable drive for a shear bar, which destroys several bottlenecks.
  • the control can be carried out from a separate control depending on the fault current.
  • the DE 10 2014 215 279 A1 discloses a fuse for a device to be protected which is connected in series with the fuse.
  • the melting of a fusible conductor is determined by its material and geometric properties, so that, depending on the material and / or geometry of the fusible conductor, a respective amount of heat Q is necessary for the evaporation of the fusible conductor.
  • the DE 10 2014 215 279 A1 to a further development of a fuse in such a way that additional contacts are provided, one of the additional contacts representing a trigger contact in order to cause the fusible conductor to melt directly or indirectly by initiating a short circuit.
  • the fusible conductor can have a predetermined breaking point in the area of one of the further contacts.
  • the fusible conductor is surrounded at least in sections with an extinguishing medium, in particular with sand.
  • the object of the invention to provide a further developed triggerable fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, the fuse in addition to the melting integral value based on the fuse nominal value when required and depending on the expected currents, in particular Short-circuit currents, can be triggered in a targeted manner.
  • a known destruction of the fusible conductor by the action of mechanical forces should be used.
  • the triggering i.e. the control to disconnect the fuse element in the event of a malfunction, should either be taken over by a higher-level control unit and, in the event that the fuse is integrated as backup protection in overvoltage protection devices, should be taken over by the surge protection device.
  • the triggerable fuse should also be able to trigger on the basis of measured network impedance values.
  • the structure of the fuse to be created should be inexpensive, the fuse should have a high switching capacity and a small design. By specifying values for the formation of additional bottlenecks, the possibility of a specifically adjustable fuse protection characteristic can be implemented.
  • a triggerable fuse which is particularly suitable for low-voltage applications for protecting devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices.
  • the fuse consists of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing.
  • a trigger device is provided for the controlled disconnection of the fusible conductor in the event of malfunctions or overload states of the connected device, an extinguishing agent being introduced into the housing.
  • the fuse according to the invention has at least one fusible conductor with several bottlenecks in series, which ensures the passive function of a conventional electrical NH fuse.
  • the fuse has at least one additional, special bottleneck per fusible link, which does not impair the passive function of the fuse and which can be activated by triggering independently of the current load. This special narrow point is destroyed by mechanical tearing, cutting, punching or punching out or severing a solder connection.
  • an area free of extinguishing agent is formed in the housing in such a way that the at least one fusible conductor is exposed in at least one section.
  • a mechanical separating element can be introduced into the extinguishing agent-free area via an access in the housing in order to mechanically destroy the at least one fusible conductor independently of its melting integral as a function of the trigger device.
  • the separating element is designed as a blade or cutting edge.
  • the separating element itself can be driven in the direction of the fusible conductor by a bridge igniter.
  • the mechanical energy for moving the separating element can also be provided by a shape memory alloy or other shape or volume changing media.
  • the trigger device has a detection and evaluation unit as well as a control for the exemplary bridge detonator and a power supply and has at least one control input.
  • the detection and evaluation device can interrupt the passive characteristic of the fuse element at any point in time, approx.> 10 ms. Only the area of adiabatic melting remains unaffected.
  • the associated I 2 t value is coordinated in a known manner with the consumer to be protected via the fusible conductor dimensioning.
  • the solution according to the invention also enables the interruption of very small currents far below the passive nominal current strength of the fusible conductor and likewise a current-free interruption. In this way, an interruption can also take place independently of the current flow, for example when there is a measured change in impedance.
  • the evaluation and acquisition unit can take into account changes in the network when determining the current protection characteristic. This is advantageous in the case of a changing number of consumers or a changing network output by energy producers.
  • triggering such as current, voltage, their increases or also their time-dependent behavior, but also external control signals can be used to control the trigger function in addition to the impedance evaluation.
  • voltage time areas and, in combination with a current assessment, also time developments in power or energy consumption can be used as trigger criteria.
  • Criteria such as pressure, temperature, light, magnetic fields, electrical fields or the like can be fed in via additional sensors at additional inputs and taken into account.
  • the triggerable fuse according to the invention is particularly suitable as an arrester backup fuse for series connection with surge arresters in the low-voltage area of application.
  • the fuse according to the invention is designed in particular for use with spark gaps and can be designed in accordance with these special features.
  • the proposed principle is suitable for both direct voltage and alternating voltage applications and also allows use, for example, in the series branch.
  • controllable fuse can be used in a common housing of an overvoltage protection device in series with a spark gap or a varistor.
  • the fuse protects the overvoltage protection device against, during or, if necessary, after an overload and disconnects it from the mains.
  • a triggerable fuse which aims at a defined mechanical cutting of a special, additional constriction of a fuse fusible conductor after activation of a trigger.
  • Quartz sand for example, is suitable as an extinguishing medium, especially with high switching capacities.
  • the variant described below solves the problem of creating a fuse which combines the advantages of a classic current-limiting fuse with those of an activatable, quasi-intelligent fuse with only one cutting blade, with a small size and a simple activator.
  • the fuse does not lead to an increase in the protection level of the downstream arrester and, when activated, does not generate any voltage above the specified protection level of the respective connected overvoltage protection device.
  • the solution in this regard is based on one or more parallel fuse-links which are arranged within an extinguishing medium.
  • the fusible conductors have several conventional electrical, that is, current constrictions in series, the number of which corresponds to the usual design for the corresponding nominal voltage of the fuse.
  • the fusible conductors extend predominantly in a straight line axially through the fuse body.
  • the structure and mode of operation of such a fuse and the bottlenecks correspond to those of conventional fuses in the case of high short-circuit currents or virtual melting times of approx. ⁇ 10 ms.
  • the at least one fusible conductor preferably has at least one further special mechanical constriction between the usual current constrictions mentioned, which can be severed by at least one actuator and a cutting blade or a similar means.
  • the cutting blade as a separating element is preferably made of an insulating material or provided with an insulating coating. This insulating cutting blade leads to an extension of the separating distance between the interrupted fusible conductor. The resulting isolating distance is able to achieve a dielectric strength of at least 2.5 kV, preferably 4-6 kV.
  • the additional bottleneck according to the invention according to further embodiments of the invention differs from known, customary bottlenecks by the measures described below.
  • the geometric or mechanical additional constriction has a residual cross section which is higher than that of the usual constrictions.
  • the melting integral value (I 2 t value) of the bottleneck is dimensioned in such a way that it is equal to or slightly higher than the switch-off integral of the fuse. This design ensures that the bottleneck does not respond to short-circuit currents.
  • the geometric constriction and the cutting blade are located in an area without an extinguishing medium.
  • This area is preferably separated on both sides with thin webs from the areas with extinguishing medium and the electrical constrictions.
  • the width of this area is essentially limited to the width of the blade and twice the thickness of the fuse element.
  • the fusible conductor (s) are / are guided through the insulating web in such a way that preferably no further seal is necessary for the separation area in order to prevent the penetration of an extinguishing medium, for example quartz sand.
  • the insulating bars can be made of ceramic, vulcanized fiber or also of polymers with or without gas release (POM).
  • the wall thickness is preferably ⁇ 1 mm.
  • the width of the cutting blade is preferably greater than the width of the fusible conductor, but at least wider than the additional mechanical constriction.
  • the blade has a stroke that goes beyond the expansion range of the fusible conductor when it is cut.
  • the distance of the shortest connection between a currentless cut fusible link is ⁇ 4 mm. If the arc is switched off, the distance is lengthened by the fusible conductor burn-off. Measures to extend the sliding distance can be provided on the blade.
  • the blade can form an insulating gap with a fixed or deformable counterpart.
  • the arc With active shutdown, the arc can extend very quickly from the cutting area to the area with extinguishing agent. The pressure development and thus the load on the housing in the cutting area is therefore low. With passive function, the high extinguishing capacity is guaranteed by the constrictions in the two areas with extinguishing agent, for example compacted quartz sand.
  • the material of the additional constriction in the cutting area is available for an extension of the arc.
  • the choice of material for the blade and the insulation webs or web walls enables comparatively good arc cooling to be achieved in this area as well.
  • the fusible conductor routing and the impedance do not differ from conventional fuses, which means that the voltage drop in the case of impulse currents can be limited. Due to the passive behavior of the additional bottleneck in the event of a short circuit, the The voltage level of the fuse can be limited and it is possible to maintain the protection level of the arrester.
  • the fuse allows the fuse to be activated even at high currents with virtual melting times of ⁇ 10 ms if only one bottleneck is separated. This means that the fuse can be interrupted practically in the de-energized state, with small currents far below the nominal current strength and even with high fault currents in the kA range after a short time. Almost any time / current characteristic can also be implemented according to the respective requirements.
  • a suitable actuator is implemented along with rapid error detection.
  • the pressure wave that occurs during ignition is like a piston /
  • the cylinder principle is used to cut the mechanical or geometric constriction of the fusible conductor (s).
  • the blade shaft itself can be guided in the piston or connected to the piston or attached to a projectile guided in the piston.
  • the blade can be arranged very close to the fusible conductor. However, it is also possible to select a distance to increase the impulse of the blade if there is sufficient space or if the drive is located outside. Piston but also blade can preferably also be guided.
  • the projectile mentioned sits loosely in the piston.
  • In the piston cavity there is an igniter or bridge igniter, which fills the piston cavity.
  • the cavity is sealed off from the projectile over a distance in the direction of movement which corresponds at least to the movement path up to the severing of the fusible conductor or conductors. This ensures that the seal to the projectile in the piston is only broken after the narrow point has been severed.
  • the fuse fusible conductors are preferably rigidly attached to the fuse housing with a lower cap and an end cap.
  • the separation of the cutting area on both sides from the extinguishing agent area serves as an additional guide for the fusible conductors in the narrow cutting area.
  • the guide in the feedthroughs of the partitioning plates is designed in such a way that the fusible conductor or conductors, when positioned transversely to the blade, may deform slightly in the direction of the blade movement when the blade hits. It has been shown that this slight deformation requires less effort than a rigid fusible conductor guide. When the fusible conductors are separated, they are bent on both sides between the partition and the blade. Alternatively, punching out is also possible with the appropriate blade design and the necessary forces.
  • the force effect of the actuator is essentially based on the thermal expansion of the gas surrounding the bridge igniter. This minimally heated amount of gas can easily relax after opening the piston within a very small volume, i.e. possibly directly in the cutting area, so that no reinforcement of the fuse housing, the caps or ventilation or the like has to be provided.
  • actuators with slower reaction times can also be used.
  • shape memory alloys or other volume-changing materials are conceivable here.
  • the highest requirements for a coordination between the force required for cutting or severing a bottleneck are tied to the required pulse current carrying capacity, at which no separation of the fuse element should be effected.
  • the loads with arresters based on varistors are lower than with lightning surge arresters based on spark gaps.
  • a maximum load of 100 kA 10/350 ⁇ s is assumed for lightning arresters.
  • the fuse element of a fuse should meet the above requirement for the application described. This applies to both the usual electrical bottlenecks and the additional mechanical or geometric bottleneck described.
  • this requirement corresponds approximately to a fuse with a nominal current of 315 A.
  • the nominal voltage of the fuse a voltage in the range of the line-to-line voltage of the network in which the arrester is used is often selected.
  • the fuse should therefore be suitable for a voltage of 400 volts in a conventional 230/400 volt network.
  • the arrester backup fuse does not generate an arc voltage that is above the protection level of the arrester.
  • a voltage of approx. 300 volts can be expected for each bottleneck.
  • Another variant of the solution according to the invention is based on a controllable fuse, in particular for use as an arrester backup fuse, in which case a defined rupture of a fuse is achieved in this variant Fuse fuse using a special, additional bottleneck.
  • This approach is therefore aimed at a space-saving and inexpensive embodiment of a triggerable fuse, which is based on the defined tearing of a special additional constriction of a fuse fusible conductor in the extinguishing medium after activation of a trigger.
  • the other properties of an otherwise passively fully functional fuse are not impaired.
  • the special features of this approach are the simplicity of the trigger and the coordination of the additional, geometric bottleneck with the classic, well-known safety bottlenecks.
  • the expansion on the fusible conductor takes place predominantly at an additional mechanical, that is to say geometric, predetermined breaking point.
  • the additional mechanical predetermined breaking point also referred to as a tension point, must be coordinated and dimensioned in conjunction with the known electrical narrow points.
  • the cross section of this is smaller than that of the electrically relevant one Bottlenecks.
  • the mechanical bottleneck does not respond before the electrical bottlenecks with all current loads, including transient loads, but with a time delay or with higher loads.
  • the relevant embodiment of the invention is therefore based on one or more parallel fuse fusible conductors in an extinguishing medium.
  • the fusible conductors have several conventional bottlenecks in series, the number of which corresponds to a conventional design for the corresponding rated voltage of the fuse.
  • the fusible conductors extend predominantly in a straight line axially through the fuse body.
  • the fusible conductor or conductors preferably have at least one further, special constriction between the known constrictions mentioned, which can be torn by an actuator.
  • the actuator used also requires a defined extension of the interrupted fusible conductor.
  • the resulting overall isolating distance achieves a dielectric strength of at least 2.5 kV.
  • the additional bottleneck differs from the usual bottlenecks in the following features.
  • the additional, mechanical or geometric constriction has a residual cross-section which is significantly smaller than that of the usual constrictions.
  • the melting integral value of the bottleneck is the same or even greater than that of the usual known bottlenecks during the period of transient pulse current loads, in particular the current pulse shape 8/20 microseconds and 10/350 microseconds.
  • the mechanical strength compared to the direction of force of the actuator is significantly smaller than the mechanical strength of the other, known constrictions.
  • the force of the actuator acts almost only on the additional constriction according to the invention.
  • the elongation of the usual, known constrictions as a result of the force applied by the actuator is negligible.
  • the mechanical bottleneck is designed in relation to the electrical bottleneck in such a way that it generally does not respond to line-frequency loads. However, the area of the bottleneck is available for the extension of the arcs from the normal bottlenecks.
  • the dimensions of the mechanical constriction are therefore significantly smaller than the known constrictions.
  • the bottleneck is designed in such a way that an uneven current distribution can be avoided as far as possible, even with steep increases in current.
  • the narrow point is ideally designed as a tapering of the strip on both sides over the entire width with a length ⁇ 500 ⁇ m, optimally ⁇ 100 ⁇ m. In such a configuration with customary punchings or continuous recesses, these are implemented in such a way that the recesses are similarly short and the width of the recesses does not exceed the length by more than twice.
  • the aim of the proposed measures is a current density distribution that is as uniform as possible in the fusible conductor and the constrictions, even with a pulsed current load, with very good and almost distortion-free heat dissipation from the area of the geometrical constriction.
  • the Fig. 1 shows a basic arrangement of an embodiment according to the invention, which consists of a detection and evaluation unit 1, a control 2, a power supply 3 and the triggerable, controllable fuse 4.
  • the control unit 2 has an additional external control input 5.
  • the acquisition and evaluation unit 1 has several measurement inputs 8 and an input for current measurement 6 and for voltage measurement 7.
  • Additional sensors can be connected to inputs 8.
  • the signal output to the fuse 4 can be wired or wireless if the ignition device (bridge igniter) is supplied separately.
  • the Fig. 2 shows an exemplary structure of a triggerable fuse with cutting element 13 in section.
  • this representation corresponds to the classic structure of known NH fuses with an extinguishing agent in the form of quartz sand and an additional area for activating a bridge igniter 14.
  • the fuse 4 according to the invention has two connection caps 9, two fusible conductors 10, two areas 11 with an extinguishing agent, for example quartz sand, and an area 12 free of extinguishing agent.
  • an extinguishing agent for example quartz sand
  • an area 12 free of extinguishing agent a cutting pawl 13 can be introduced to separate the fusible conductors 10.
  • the cutting blade 13 is accelerated in the direction of the fusible conductor 10 and cuts through it.
  • a stop area can be provided in the area free of extinguishing agent. This stop area serves to dampen the impact and thus protect the housing wall and the blade. In addition, this area can be used to constrict a gap-like arc.
  • the stop area can be implemented, for example, by a soft or elastic or porous plastic with or without gas release. Alternatively, damping is also possible in a tapering, gap-like area made of insulation material.
  • the bridge igniter 14 is activated via control lines 15, which are connected to the control 2 (see Fig. 1 ) are directly connectable.
  • the bridge igniter 14 is located in a housing 16, the housing 16 having a piston 17 which is driven by the bridge igniter 14 and which is connected to a separating element 13.
  • the area 12 free of extinguishing agent is designed as a channel sealed off from the extinguishing agent 11.
  • the channel has side walls 18 which can also serve to guide the separating element 13.
  • the Fig. 3 shows an example of the time / current characteristic of an arrangement according to the invention.
  • the adiabatic heating of fusible conductors of the gG fuses can be up to> 5 ms depending on the design of the fusible conductor.
  • the passive fusible conductor of fuse A has, for example, a nominal current of approx. 315 A.
  • Fuse B has a significantly lower nominal current of 100 A, but with almost the same adiabatic melting integral (l 2 t value).
  • the pulse current carrying capacity which is important for use in combination with an overvoltage protection device, for example, is comparable for both fuses.
  • the fusible conductor B In order to achieve such a characteristic, the fusible conductor B must be designed accordingly or additionally aged.
  • the behavior of the proposed protective device is determined by the passive melting behavior of the fuse element of the fuse.
  • the time until the active interruption of the fuse element can be limited as desired, for example from 10 ms to the passive melting time.
  • the time / current characteristic curve can thus be designed as desired below the passive time / current characteristic curve of the fuses. This means that it is also possible to set maximum current flow durations and maximum current flow levels over a wide range.
  • the exemplary range with variable The characteristic curve is limited by the dashed lines below the passive characteristic curves of fusible conductors A and B. This enables good adaptation to various protection tasks.
  • the Fig. 4 shows a fusible conductor 1A for a capsule fuse with constrictions 2A, which are designed to be longer than known electrical constrictions in order to achieve short melting times with small overcurrents. This leads to an advantageous reduction in the rated current of the fuse.
  • the length of the constrictions corresponds approximately to the distance of the unmediated cross section of the fusible conductor 1A between the constrictions. Between the bottlenecks there is an additional bottleneck 3A for cutting the fusible conductor with a lower degree of modulation than the bottlenecks 2A.
  • the size, the geometry of the fuse housing, the number of fusible conductors, etc. can be varied as required.
  • the connections A and B can of course also be on one side of the housing 6A according to FIG Fig. 5 lie.
  • housings made of insulating material electrically conductive housings with one or two insulated entries for the fusible conductor (s) can also be implemented.
  • the fusible conductor design can use strips, wires, tubes or the like.
  • the routing of the fusible conductors and the positioning of the connections must be designed in such a way that the forces, the current levels and, in particular, the protection level of the overall arrangement are maintained in the event of a load with transient pulses.
  • the inductive voltage drop on the fuse arrangement should be ⁇ 300 V, if possible ⁇ 200 V for loads greater than 25 kA restrict. In order to reduce the inductance, there is the possibility of designing the fusible conductor guide in a bifilar manner.
  • Fig. 6 shows a basic arrangement of two fusible conductors 1A with two opposing blades 4A each with an actuator (not shown for simplicity).
  • connection A The housing serves at the same time as connection A.
  • the further connection B is led out of the housing 6A in an insulated manner.
  • the coaxial arrangement reduces the inductive voltage drop.
  • Fig. 7 represents a sub-area of the arrangement accordingly Fig. 2 after a separation without the effect of an arc.
  • the Figure 8a shows an arrangement in which the fusible conductors are cut simultaneously and transversely.
  • the Figure 8b shows a simultaneous cutting of the fusible link with vertical alignment to the fusible link.
  • the actuator 5a and the cutting blade are integrated directly into the fuse housing to save space.
  • Fig. 9 shows a cutting element with two offset blades 4A in cross section, which enables the cutting of two fusible conductors 1A with a short stroke.
  • a blade 4A or an actuator 5A is used in each case for cutting a fusible conductor 1A. This enables short stroke paths, counter-rotating movement of the blades and, with an appropriate design, partial gap formation directly between the blades 4A, if no additional isolation path with or without extinguishing function or an area with extinguishing agent is provided.
  • a cutting element with two blades 4A and a rotary movement is shown, which can be forced by a corresponding guide and with only one actuator.
  • the blade 4A can in each case be guided in one part in such a way that a good gap formation is possible.
  • the Fig. 12 shows an embodiment in which a further fuse fusible conductor 13A, which can also be designed in the form of a wire, for example, is not interrupted by the separating device.
  • the wire can be contacted at the main connections or directly or indirectly at the main fusible conductors.
  • the wire is preferably surrounded with an extinguishing medium 14A. If the main fusible conductor is interrupted, the current commutates on the wire, which means that arcing in the cutting area can be largely avoided and a high dielectric strength can be achieved after complete separation.
  • the interruption takes place through a further fusible conductor, which has a very low nominal current strength, in particular below the nominal current strength of the network.
  • the wire-shaped fusible conductor 13A can be interrupted with the same cutting edge with a time delay, if necessary, directly or indirectly, in order to enable a current to pass through at 0 A.
  • An indirect interruption is possible in the event of a mechanical displacement or destruction of a carrier on or by the wire.
  • the explained basic arrangement is suitable for interrupting high short-circuit currents.
  • the cutting or separating arrangement according to the invention can be located parallel to a horn spark gap 16A, which is short-circuited, for example, with a safety wire 17A of low nominal current strength.
  • a safety wire 17A of low nominal current strength.
  • the cutting device 4A can be located directly in the ignition area of a horn spark gap 16A.
  • the horn spark gap 16A is short-circuited by a securing tape 1A, if necessary with a bottleneck or a defined I 2 t value, and is located directly in the main path.
  • the securing band can be guided outside the cutting area between the diverging electrodes.
  • the cutting or separating blade is designed in such a way that the arc that occurs when the strip is interrupted is moved in the direction of the quenching chamber and an insulation gap in the horn spark gap according to the desired dielectric strength Fig. 15 arises.
  • the blade is made at least predominantly from insulation material or is gripped or embedded in insulation material.
  • the blade is continued for several millimeters so that the distance between the cut remains of the fusible conductor is greater than 3 mm, but preferably more than 5 mm.
  • the blade can also be guided laterally next to the diverging electrodes of the horn spark gap in grooves 19A made of insulating material, as a result of which a lateral arcing is avoided.
  • the fusible conductor can also be thermally separated or moved out of the area between the two electrodes in such a way that a separating distance is created.
  • the blade can also be provided with a mechanical preload, which also allows it to penetrate into the area of the diverging electrodes allowed without activating the actuator.
  • Such embodiments are known from the field of disconnection devices, inter alia, for varistors.
  • Fig. 16 shows an arrangement with an actuator 5A with a short but variable stroke path. Piezoceramics or the like, for example, can be used here as the actuator.
  • the fusible conductor 1A is guided transversely in two insulation parts 20A, which are designed like punch.
  • By moving the actuator it is possible to carry out a defined modulation of the narrow point 3A of the fusible conductor even after installation and thus to change the characteristic of the fuse as required.
  • a complete severing of the fusible conductor is also possible with a corresponding level of the signal to the actuator 5A.
  • the severing and embossing of the constriction can be carried out by several actuators according to the number of fusible conductors or for several constrictions per fusible conductor. This makes it possible to modify fuses of the same construction for different applications after they have been manufactured.
  • the stamped or embossed parts are preferably made of a material that supports the arc extinguishing, for example ceramic, polymer or the like. In the case of very fine, granular extinguishing agents, the punching area can also be sealed off from the extinguishing agent area by insulation plates 9A. In the case of thinner fusible conductors 1A, this separation is not absolutely necessary if the extinguishing agent has a corresponding grain size.
  • the activation of the fuse according to the invention depends on the actuators selected.
  • shape memory alloys or bridge detonators can be activated via a current.
  • the electricity can be obtained, for example, from the connected network or from a separate energy store.
  • bridge igniters the small amount of energy required can also be provided galvanically separated by a transformer.
  • the degree of triggering for the activation of the fuse is designed in such a way that activation using several criteria is possible.
  • actively controllable switches can be used which have internal evaluation electronics or an external control option. In the simplest case, these switches can also be means which react directly to physical variables and which are provided in parallel with the controllable switch. Such switches can react to limit values or changes in temperature, pressure, current, voltage, optical signals, volume or the like or combinations thereof. Electronic, mechanical, voltage-switching, but also impedance-changing components can also be used as switches.
  • FIG. 17 Another embodiment of the invention shows a fusible conductor 1B with usual constrictions 2B in the form of elongated recesses. An area with an undiminished cross section 3B is provided between these usual recesses, which in this case is similar in length to the recesses. An exemplary embodiment of an additional mechanical constriction 4B is formed within this area. This constriction 4B is implemented as a diamond-shaped recess with a short overall length.
  • Such a design has the advantage, especially when using the fuse according to the invention in the shunt branch, that in the event of a short-circuit load, no additional arc voltage is caused by a simultaneous arc formation with regard to the additional and known bottlenecks, whereby the voltage load of the consumer to be protected remains controllable.
  • the short bottleneck can be realized without any significant lengthening of the fusible conductor and without a relevant reduction in the material of the fusible conductor, which is necessary for a controlled arc lengthening. Due to the design explained, the constriction also does not lead to additional pressure or temperature stress on the fuse housing.
  • the mechanical tension bottleneck can also be provided by the actuator at other positions of the fusible conductor, for example immediately in front of the first electrical bottleneck in the pulling direction. It should be noted, however, that the free length of the fusible link in the area filled with the extinguishing agent may have to be extended in accordance with the desired actively switchable short-circuit currents. The mechanical constriction therefore does not necessarily have to be located in the center of the fusible link.
  • the fuse allows the fuse to be activated even with the separation of just one narrow point at high currents with virtual melting times of ⁇ 10 ms.
  • the fuse according to the invention can interrupt practically in the current-free state, with small currents far below the nominal current strength and even high fault currents in the kA ampere range after a short time. Almost any time / current characteristic curve can also be implemented, depending on the requirements.
  • strain relief on the fusible conductor or the partial fixation of the fusible conductor in the so-called "stone sand" are also possible. This means that the force can be directed specifically to a single bottleneck.
  • the Fig. 18 shows a fusible conductor 1B for a capsule fuse with constrictions 2B, which are designed to be longer than usual constrictions in order to achieve short melting times with small overcurrents.
  • the distance between the undiminished cross section 3B of the fusible conductor between the constrictions corresponds at least to the length of the constriction.
  • Figure 19 shows an embodiment in which the further mechanical constriction 4B according to the invention is introduced between the normal constrictions 2B.
  • this constriction is unsuitable as a usual constriction and does not support its passive function in the event of short-circuit switch-offs.
  • the constriction does not respond to these loads, which means that no additional arc voltage is generated. The function is therefore limited to the active control of the fuse.
  • the length of the bottleneck is at least a factor of 4, but ideally greater than 10 less than the length of the usual, known bottlenecks.
  • the cross section of the constriction according to the invention is at least a factor of 20% smaller, ideally more than 50% smaller than the normal constriction.
  • the usual, normal bottlenecks have a degree of modulation of approx. 2 in relation to the undiminished cross-section. This relatively low degree of modulation makes sense because of the small amount of metal required for small sizes.
  • the required tensile force of the constrictions to tear them is at most 80%, but ideally ⁇ 60% based on the forces that lead to the tearing of normal constrictions.
  • the total fusible conductor in the case of soft copper is at most stretched by 3 mm, preferably less than 1 mm. This corresponds to ⁇ 5% of the total length of the fuse element.
  • the possible stroke path within the fuse is limited to at least twice the path that is required to safely tear the mechanical bottleneck and is designed accordingly. However, the path can also be made longer to achieve sufficient dielectric strength.
  • the expansion can be further reduced.
  • Figures 20a to 20c show design variants of the additional, mechanical constriction.
  • FIG 20a a fusible conductor 1B with four normal constrictions 2B with a degree of modulation of 2 is shown.
  • the length of the bottlenecks is 4 mm, which means that the rated current can be reduced to approx. 160 A.
  • the heating of the constrictions with a load of 25 kA 10/350 ⁇ s is approx. 700 ° C, whereby there is still sufficient aging stability.
  • the mechanical predetermined breaking point 4B is dimensioned in such a way that it can be produced with the simplest of punching processes and at the same time with the normal, known constrictions.
  • the length is, for example, 0.5 mm. However, the cross-section of the transversely arranged elongated holes is reduced by 20% compared to the normal narrow points.
  • the temperature of this bottleneck is at the same level as the temperature of the other bottlenecks in the case of pulse loads.
  • Figure 20b shows a bottleneck 4B of the same overall length, but with a diamond-shaped geometry.
  • the diamonds significantly shorten the area of the minimum remaining cross-section compared to the total length.
  • the remaining cross-section can be reduced to 60% based on the remaining constrictions at the same temperature.
  • the reduction in the force required to destroy the mechanical constriction is in the same range.
  • the design of such bottlenecks or similar bottlenecks is limited exclusively by the technology and the costs for reproducible production.
  • a constriction design 4B can take place, which is limited to a thickness modulation.
  • the fusible conductor 1B is not shown in a plan view of the width of the fusible conductor. The view relates to the thickness of the fuse element 1B in side view.
  • the cross-section and the required force can be reduced to approx. 40% compared to the normal bottlenecks with the same heating in the case of impulse currents.
  • the remaining thickness in the narrow point area which is uniform over the width of the fusible conductor, is only about a third of the total length of the narrow point.
  • the variant according to Figure 20c discloses a design which allows a sufficiently uniform current density distribution in the case of impulse currents with very strong cooling of the constriction.
  • the heating of the constriction in the case of impulse currents can thus be significantly below normal constrictions, despite the smaller residual cross-section and sufficient force reduction, if this is advantageous for the overall function.
  • the assumed same temperature increase for impulse currents, in which the response of the bottlenecks is to be avoided, leads to higher temperatures at the normal bottlenecks in the case of mains-frequency currents, which means that arcing can be avoided with passive behavior at the drawing bottleneck.
  • Figure 21a and b an exemplary structure of a NH fuse in capsule design is shown in detail.
  • the Figure 21a shows the normal state and the Figure 21b the triggered state.
  • the fuse preferably has an insulating housing 5B, two main fusible conductors 1B, a metallic end cap 6B on both sides for connection, on which the fusible conductors 1B are contacted.
  • the fuse has a design for at least one or two control connections 8B for activating the igniter 7B.
  • the control connections 8B can be led out axially but also radially out of the housing or the end caps of the fuse. Wireless activation is also possible for larger versions.
  • the ignition device designed for example as a bridge igniter 7B, is located in a small cavity 9B surrounded by a projectile 10B, which is guided in a type of piston 11B.
  • a projectile 10B which is guided in a type of piston 11B.
  • connection can be positive or non-positive, for example by soldering, welding or clamping.
  • the fusible conductors are preferably clamped under pressure between a conical area of the projectile 10B and a further conical part 12B.
  • the clamping force increases further, so that it is not possible to loosen the clamping connection.
  • the parts can be shaped cylindrically and the fusible conductors can be shaped as half-shells.
  • the fusible conductors are located below the piston 11B in a space 13B filled with extinguishing agent. Quartz sand is the preferred extinguishing agent. Preferably all bottlenecks in the fusible link are surrounded by the extinguishing agent.
  • the piston 11B is located in an intermediate part 14B which delimits the space with extinguishing agent from a cavity 15B above the projectile 10B.
  • the intermediate part 14B can consist of an insulating part or also partially or completely of electrically conductive material.
  • the intermediate part 14B can be designed cup-shaped and rest on the housing part 5B with an edge.
  • a substantially ring-shaped part 16B can be provided, on which the fusible conductors 1B are contacted by the end cap 6B.
  • a current flow between the fusible conductors 1B and the end cap 6B via the intermediate part 14B can, if necessary, be prevented by a suitable choice of material or an insulation layer.
  • the end cap 6B and the parts 5B and 14B as well as 16B are designed in such a way that the fuse is finally closed by pressing on the end cap 6B.
  • the two fusible conductors 1B are implemented above the piston 11B and the projectile 10B in the extinguishing agent-free space 15B with areas angled relative to the axis.
  • the angled areas of the fusible link are bent in the opposite direction with minimal effort when moving in the extinguishing agent-free space. Bending the straps does not require pressure equalization in a small volume without an extinguishing agent, as the air is not displaced against an enclosed space. It is advantageous in this embodiment that no additional interruption or contacting of the fusible conductor or conductors is necessary for the contacting of the fusible conductor and the extension of the isolating distance.
  • the fusible strips used as an example can be guided through the fuse with very low impedance and without additional deflections or movements over a short distance. Overall, a very low-resistance fusible conductor material is used despite the relatively high elongation at break of such materials.
  • the impedance of the arrangement is low, so that the ohmic and inductive voltage drop across the fuse and thus the influence on the protection level of the arrangement is low even with a high rate of current steepness and high currents. With 25 kA 8/20 ⁇ s pulses the voltage drop is ⁇ 300 V, preferably less than 200 V.
  • the projectile can also be connected directly or indirectly to the connection caps with transverse connecting tape, a flexible line, a multiple contact system or the like.
  • the fusible conductor area ends at the projectile.
  • shape memory alloys or volume-changing materials When using shape memory alloys or volume-changing materials, a structure similar to that described above can be used, whereby the seal between the projectile and the piston can be dispensed with.
  • shape memory alloys if the tensile force is used, an embodiment according to FIGS Figure 22a and b possible.
  • the fusible conductor 1B has a substantially U-shaped section 18B.
  • the fusible conductor itself is passed through two plate-like bushings 19B and 20B.
  • the implementation is implemented, for example, as a first fixed plate 19 and is located in the area of the U-shaped section of the fusible conductor.
  • the second plate 20B is movable and is located in the transition area to an axial fusible conductor area. Between the two plates, the fusible conductor runs at an acute angle to the second plate 20B.
  • the tensile force acts directly as a tearing force on the mechanical constriction 4B.
  • the tensile force can be implemented via a shape memory element 22B fastened directly or indirectly to the second plate, for example through its direct or indirect heating.
  • the plates 21B and 19B seal off the U-shaped area of the fusible conductor with the movable plate 20B from the ingress of extinguishing agent.
  • the areas 23B and 24B are filled with extinguishing agent.
  • the majority of the usual constrictions of the fusible conductor are located in the region 23B.
  • the mechanical bottleneck 4B is located in the area 24B.
  • the Figure 22a shows the arrangement described in normal operation and Figure 22b the status after the bottleneck interruption.
  • the activation of the fuse depends on the selected actuators.
  • the activation can take place by means of shape memory alloys or on the bridge igniter by means of a current.
  • the electricity can be obtained from the adjacent network, but also from a separate storage facility.
  • a bridge igniter has the option of providing the required energy, galvanically separated, by means of a transformer.
  • the trigger circuit for activation is designed in such a way that it can take place with the aid of several criteria. As already explained, actively controllable switches or switches that react directly to physical variables can be used.
  • a tensile force can also be applied to the fusible link, which is located in the extinguishing agent to the quartz sand, with permanent spring force.
  • a tensile force is now not applied to a mechanical bottleneck, but rather a tensile force at a soldering point, which can be released within 1 ms, for example by a reaction film (exothermic reaction).
  • the extension requires a stroke which includes the length of the soldering path and the required isolating distance.
  • the fuse has a housing 5B with connection caps 6B.
  • the fusible conductor 1B is divided into two areas which are connected to one another by a solder 25B.
  • a reaction film 26B with exothermic heat generation is arranged in the region of the connection.
  • the reaction of the foil can be triggered by an auxiliary fuse or a spark generator 27B.
  • the control takes place here via one or two connection lines 8B.
  • the connection point is located in the area of the fuse with extinguishing agent 13B. This area is sealed off from an area 15B free of extinguishing agent by a leadthrough 28B. In this area there is a spring 29B which mechanically pretensions the fusible conductor 1B.
  • the fusible conductor 1B is kinked in the area 15B (dashed position) and pulled through the area 15B, so that there is a sufficiently long separating distance between the two remaining fusible conductor parts.

Landscapes

  • Fuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine triggerbare Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Gehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie mit einer Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung. Im Gehäuse ist ein Löschmittel eingebracht. Der mindestens eine Schmelzleiter weist eine Vielzahl an sich bekannter elektrischer Engstellen auf, welche auf die Nennbelastung der jeweiligen Sicherung ausgelegt sind. Mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle ist vorgesehen, welche auf Zug beansprucht in Abhängigkeit von der Triggereinheit durch Zerreißen auftrennbar ist.The invention relates to a triggerable fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, consisting of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing as well as with a trigger device for the controlled disconnection of the fusible link in the event of malfunctions or overload states of the respective affiliated facility. An extinguishing agent is installed in the housing. The at least one fusible conductor has a large number of known electrical bottlenecks, which are designed for the nominal load of the respective fuse. At least one further, additional geometric constriction is provided which, when subjected to tension, can be separated by tearing as a function of the trigger unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine triggerbare Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Gehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie mit einer Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung, wobei im Gehäuse ein Löschmittel eingebracht ist.The invention relates to a triggerable fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, consisting of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing as well as with a trigger device for the controlled disconnection of the fusible link in the event of malfunctions or overload states of the respective connected device, wherein an extinguishing agent is introduced into the housing.

Konventionelle Schmelzsicherungen werden in großen Stückzahlen und bei vielen Anwendungsfällen eingesetzt, um einen Überstrom- oder Kurzschlussschutz für Kabel und Leitungen aber auch für angeschlossene Betriebsmittel sicherzustellen.Conventional fuses are used in large numbers and in many applications to ensure overcurrent or short-circuit protection for cables and lines, but also for connected equipment.

Darüber hinaus werden Sicherungen als Backup-Schutz für Überspannungsableiter im sogenannten Querzweig eingesetzt. Hier muss eine entsprechende Sicherung den Schutz im Kurzschlussfall gewährleisten.In addition, fuses are used as backup protection for surge arresters in the so-called shunt branch. A corresponding fuse must guarantee protection in the event of a short circuit.

Durch den zunehmenden Einsatz und die Integration regenerativer Energiequellen in Versorgungssätzen treten zunehmend volatile Kurzschlusswerte an den Installationsorten der Betriebsmittel je nach Einspeisesituation auf. Dies kann die Konsequenz nach sich ziehen, dass die erforderlichen Schmelz- bzw. Ausschaltintegrale die Sicherungen über einen weiten Bereich variiert werden müssen. Unter Umständen kann die gewählte Sicherung nicht mehr den Schutz unter allen denkbaren Einspeisebedingungen sicherstellen. Grundsätzlich ist hier der Einsatz von Leistungsschaltern mit Auslösecharakteristik eine Alternative, jedoch sind diese Schalter wesentlich teurer als Sicherungen und insofern bereits aus Kostengründen nicht für alle Anwendungen geeignet.Due to the increasing use and integration of regenerative energy sources in supply sets, increasingly volatile short-circuit values occur at the installation locations of the equipment, depending on the feed-in situation. This can have the consequence that the required melting or switch-off integrals of the fuses have to be varied over a wide range. Under certain circumstances, the selected fuse can no longer guarantee protection under all conceivable feed-in conditions. In principle, the use of circuit breakers with tripping characteristics is an alternative here, but these switches are significantly more expensive than fuses and so, for reasons of cost, are not suitable for all applications.

Die speziellen Eigenschaften einer Schmelzsicherung ermöglichen grundsätzlich nur sehr geringe Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich einer Variation oder einer Einstellung des Schutzbereiches der Sicherung.The special properties of a fuse basically allow only very few design options with regard to a variation or setting of the protection area of the fuse.

Um den Einsatzbereich von Sicherungen anpassen und erweitern zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den Stromleiter eines elektrischen Sicherungselementes mit Hilfe einer pyrotechnisch betriebenen Trennvorrichtung zu durchtrennen. Die DE 42 11 079 A1 zeigt eine derartige Lösung, bei der eine pyrotechnische Ladung gezündet wird, wenn der den Stromleiter der Sicherung durchfließende und von einer Stromdetektionsvorrichtung erfasste Strom eine Stärke aufweist, die größer ist als ein vorgebbarer Schwellenwert.In order to be able to adapt and expand the area of application of fuses, it has already been proposed to cut through the conductor of an electrical fuse element with the aid of a pyrotechnically operated separating device. the DE 42 11 079 A1 shows such a solution in which a pyrotechnic charge is ignited when the current flowing through the current conductor of the fuse and detected by a current detection device has a strength that is greater than a predeterminable threshold value.

Die DE 10 2008 047 256 A1 offenbart eine Hochspannungssicherung mit einem ansteuerbaren Antrieb für eine Scherstange, welche mehrere Engstellen zerstört. Die Ansteuerung kann dabei fehlerstromabhängig aus einer separaten Steuerung erfolgen.the DE 10 2008 047 256 A1 discloses a high-voltage fuse with a controllable drive for a shear bar, which destroys several bottlenecks. The control can be carried out from a separate control depending on the fault current.

Die DE 10 2014 215 279 A1 offenbart eine Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung, welche mit der Schmelzsicherung in Reihe geschalten ist.the DE 10 2014 215 279 A1 discloses a fuse for a device to be protected which is connected in series with the fuse.

Bezogen auf die Dimensionierung von Schmelzsicherungen verweist die DE 10 2014 215 279 A1 auf das Schmelzintegral I2t. Demnach ist das Aufschmelzen eines Schmelzleiters durch seine Material- und Geometrieeigenschaften bestimmt, so dass je nach Material und/oder Geometrie des Schmelzleiters eine jeweilige Wärmemenge Q zur Verdampfung des Schmelzleiters notwendig ist.With regard to the dimensioning of fuses, the DE 10 2014 215 279 A1 on the melting integral I 2 t. Accordingly, the melting of a fusible conductor is determined by its material and geometric properties, so that, depending on the material and / or geometry of the fusible conductor, a respective amount of heat Q is necessary for the evaporation of the fusible conductor.

Besondere Anforderungen gelten für den Fall, in dem das von der Sicherung zu schützende Gerät eine Überspannungsschutzeinrichtung ist, denn diese soll kurzfristig hohe Ströme passieren lassen, ohne dass die Schmelzsicherung auslöst, zugleich aber auch bei gering andauernden Federströmen, wie sie zum Beispiel bei einer Schädigung der Überspannungsschutzeinrichtung oder als Netzfolgestrom auftreten können, frühzeitig abschalten. Die erste der genannten Anforderungen führt häufig zu hohen Bemessungsstromwerten der Sicherung. Die zweite der genannten Anforderungen ist nur mit geringen Nennstromwerten sinnvoll zu realisieren.Special requirements apply in the event that the device to be protected by the fuse is an overvoltage protection device, because this should allow high currents to pass briefly without triggering the fuse, but at the same time also in the case of low-duration spring currents, such as in the event of damage the overvoltage protection device or as a line follow current, switch off early. The first of the requirements mentioned often leads to high rated current values for the fuse. The second of the requirements mentioned can only be sensibly implemented with low nominal current values.

Unter Beachtung dieser Problematik verweist die DE 10 2014 215 279 A1 auf eine Weiterbildung einer Schmelzsicherung dergestalt, dass zusätzliche Kontakte vorgesehen sind, wobei einer der Zusatzkontakte einen Triggerkontakt darstellt, um den Schmelzleiter mittelbar oder unmittelbar durch Einleiten eines Kurzschlusses zum Schmelzen zu veranlassen. Darüber hinaus kann der Schmelzleiter im Bereich eines der weiteren Kontakte eine Sollbruchstelle aufweisen. Der Schmelzleiter ist bei einer Ausführungsform mit einem Löschmedium, insbesondere mit Sand, zumindest abschnittsweise umgeben.Taking this problem into account, the DE 10 2014 215 279 A1 to a further development of a fuse in such a way that additional contacts are provided, one of the additional contacts representing a trigger contact in order to cause the fusible conductor to melt directly or indirectly by initiating a short circuit. In addition, the fusible conductor can have a predetermined breaking point in the area of one of the further contacts. In one embodiment, the fusible conductor is surrounded at least in sections with an extinguishing medium, in particular with sand.

Zum Stand der Technik sei noch auf die CH 410137 A , die US 2 400 408 A und die WO 2014/158328 A1 verwiesen.Regarding the state of the art, refer to the CH 410137 A , the U.S. 2,400,408 A and the WO 2014/158328 A1 referenced.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte triggerbare Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, anzugeben, wobei die Sicherung zusätzlich zum Schmelzintegralwert bezogen auf den Sicherungsnennwert bei Bedarf und in Abhängigkeit von zu erwartenden Strömen, insbesondere Kurzschlussströmen, gezielt ausgelöst werden kann. Dabei soll auf eine an sich bekannte Zerstörung des Schmelzleiters durch Einwirkung mechanischer Kräfte zurückgegriffen werden.From the above, it is the object of the invention to provide a further developed triggerable fuse for low-voltage applications for the protection of devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, the fuse in addition to the melting integral value based on the fuse nominal value when required and depending on the expected currents, in particular Short-circuit currents, can be triggered in a targeted manner. A known destruction of the fusible conductor by the action of mechanical forces should be used.

Die Triggerung, das heißt die Ansteuerung zum Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktion, soll entweder von einer übergeordneten Steuereinheit übernommen werden und für den Fall, dass die Sicherung als Backup-Schutz in Überspannungsschutzgeräten integriert wird, von dem Überspannungsschutzgerät übernommen werden. Die triggerbare Schmelzsicherung soll darüber hinaus in der Lage sein, auf der Basis gemessener Netzimpedanzwerte auszulösen.The triggering, i.e. the control to disconnect the fuse element in the event of a malfunction, should either be taken over by a higher-level control unit and, in the event that the fuse is integrated as backup protection in overvoltage protection devices, should be taken over by the surge protection device. The triggerable fuse should also be able to trigger on the basis of measured network impedance values.

Der Aufbau der zu schaffenden Sicherung soll kostengünstig sein, die Sicherung soll ein hohes Schaltvermögen und eine kleine Bauform besitzen. Über die Vorgabe von Werten zur Ausbildung zusätzlicher Engstellen ist die Möglichkeit einer gezielt einstellbaren Sicherungs-Schutzkennlinie zu realisieren.The structure of the fuse to be created should be inexpensive, the fuse should have a high switching capacity and a small design. By specifying values for the formation of additional bottlenecks, the possibility of a specifically adjustable fuse protection characteristic can be implemented.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by the features of the independent claims, the subclaims comprising at least useful configurations and developments.

Es wird demnach zur Lösung der Aufgabe auf eine triggerbare Schmelzsicherung zurückgegriffen, die insbesondere für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, geeignet ist. Die Schmelzsicherung besteht aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Gehäuse angeordneten Schmelzleiter. Weiterhin ist eine Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung vorgesehen, wobei im Gehäuse ein Löschmittel eingebracht ist.Accordingly, to achieve the object, use is made of a triggerable fuse which is particularly suitable for low-voltage applications for protecting devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices. The fuse consists of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing. Furthermore, a trigger device is provided for the controlled disconnection of the fusible conductor in the event of malfunctions or overload states of the connected device, an extinguishing agent being introduced into the housing.

Die erfindungsgemäße Sicherung verfügt über mindestens einen Schmelzleiter mit mehreren Engstellen in Reihe, wodurch die passive Funktion einer üblichen elektrischen NH-Sicherung gewährleistet ist. Zusätzlich weist die Sicherung pro Schmelzleiter mindestens eine zusätzliche, spezielle Engstelle auf, welche die passive Funktion der Sicherung nicht beeinträchtigt und die durch eine Triggerung unabhängig von der Strombelastung aktiviert werden kann. Diese spezielle Engstelle wird durch mechanisches Zerreißen, Zerschneiden, Stanzen bzw. Ausstanzen oder Auftrennen einer Lotverbindung zerstört.The fuse according to the invention has at least one fusible conductor with several bottlenecks in series, which ensures the passive function of a conventional electrical NH fuse. In addition, the fuse has at least one additional, special bottleneck per fusible link, which does not impair the passive function of the fuse and which can be activated by triggering independently of the current load. This special narrow point is destroyed by mechanical tearing, cutting, punching or punching out or severing a solder connection.

Gemäß einem Erfindungsgedanken ist im Gehäuse ein löschmittelfreier Bereich derart ausgebildet, dass der mindestens eine Schmelzleiter in mindestens einem Abschnitt freiliegt.According to one concept of the invention, an area free of extinguishing agent is formed in the housing in such a way that the at least one fusible conductor is exposed in at least one section.

Über einen Zugang im Gehäuse ist ein mechanisches Trennelement in den löschmittelfreien Bereich einbringbar, um in Abhängigkeit von der Triggereinrichtung den mindestens einen Schmelzleiter unabhängig von seinem Schmelzintegral mechanisch zu zerstören.A mechanical separating element can be introduced into the extinguishing agent-free area via an access in the housing in order to mechanically destroy the at least one fusible conductor independently of its melting integral as a function of the trigger device.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Trennelement als Klinge oder Schneide ausgebildet.In one embodiment of the invention, the separating element is designed as a blade or cutting edge.

Das Trennelement selbst kann von einem Brückenzünder in Richtung Schmelzleiter angetrieben werden.The separating element itself can be driven in the direction of the fusible conductor by a bridge igniter.

Die mechanische Energie zum Bewegen des Trennelementes kann ebenso durch eine Formgedächtnislegierung oder andere form- bzw. volumenändernde Medien bereitgestellt werden.The mechanical energy for moving the separating element can also be provided by a shape memory alloy or other shape or volume changing media.

Die Triggereinrichtung weist eine Erfassungs- und Bewertungseinheit sowie eine Ansteuerung für den beispielhaften Brückenzünder und eine Energieversorgung auf und besitzt mindestens einen Steuereingang.The trigger device has a detection and evaluation unit as well as a control for the exemplary bridge detonator and a power supply and has at least one control input.

Durch die Erfassungs- und Bewertungseinrichtung kann die passive Kennlinie des Schmelzleiters der Sicherung zu jedem beliebigen Zeitpunkt, ca. > 10 ms, unterbrochen werden. Ausschließlich der Bereich des adiabatischen Schmelzens bleibt unbeeinflusst. Der damit zusammenhängende I2t-Wert ist mit dem zu schützenden Verbraucher über die Schmelzleiterdimensionierung in bekannter Weise abgestimmt.The detection and evaluation device can interrupt the passive characteristic of the fuse element at any point in time, approx.> 10 ms. Only the area of adiabatic melting remains unaffected. The associated I 2 t value is coordinated in a known manner with the consumer to be protected via the fusible conductor dimensioning.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auch die Unterbrechung sehr kleiner Ströme weit unterhalb der passiven Nennstromstärke des Schmelzleiters und ebenso eine stromfreie Unterbrechung. Damit kann auch eine Unterbrechung unabhängig vom Stromfluss bereits beispielsweise bei einer gemessenen Impedanzänderung erfolgen.The solution according to the invention also enables the interruption of very small currents far below the passive nominal current strength of the fusible conductor and likewise a current-free interruption. In this way, an interruption can also take place independently of the current flow, for example when there is a measured change in impedance.

Die Auswerte- und Erfassungseinheit kann aufgrund der kontinuierlichen Messung und bei Auslegung als lernfähiges System Änderungen im Netz bei der Festlegung der momentanen Schutzkennlinie berücksichtigen. Dies ist vorteilhaft bei einer wechselnden Anzahl von Verbrauchern oder einer wechselnden Netzleistung durch Energieerzeuger.Due to the continuous measurement and when designed as a learning system, the evaluation and acquisition unit can take into account changes in the network when determining the current protection characteristic. This is advantageous in the case of a changing number of consumers or a changing network output by energy producers.

Bekannte Grundfunktionen zur Auslösung wie Strom, Spannung, deren Anstiege bzw. auch deren zeitabhängiges Verhalten, aber auch externe Steuersignale können neben der Impedanzbewertung zur Steuerung der Triggerfunktion genutzt werden. Beim Schutz von Überspannungsschutzgeräten können auch Spannungszeitflächen und in der Kombination mit einer Strombewertung auch zeitliche Entwicklungen der Leistung bzw. des Energieumsatzes als Auslösekriterien genutzt werden.Known basic functions for triggering such as current, voltage, their increases or also their time-dependent behavior, but also external control signals can be used to control the trigger function in addition to the impedance evaluation. When protecting surge protection devices, voltage time areas and, in combination with a current assessment, also time developments in power or energy consumption can be used as trigger criteria.

Kriterien wie Druck, Temperatur, Licht, Magnetfelder, elektrische Felder oder ähnliches können über weitere Sensoren an zusätzlichen Eingängen eingespeist und berücksichtigt werden.Criteria such as pressure, temperature, light, magnetic fields, electrical fields or the like can be fed in via additional sensors at additional inputs and taken into account.

Wie dargelegt, ist die erfindungsgemäße triggerbare Schmelzsicherung insbesondere als Ableitervorsicherung zur Reihenschaltung mit Überspannungsableitern im Niederspannungsanwendungsbereich geeignet.As stated, the triggerable fuse according to the invention is particularly suitable as an arrester backup fuse for series connection with surge arresters in the low-voltage area of application.

Hierbei ist die erfindungsgemäße Sicherung insbesondere für die Anwendung mit Funkenstrecken ausgebildet und entsprechend dieser Besonderheiten auslegbar. Grundsätzlich ist das vorgeschlagene Prinzip sowohl für Gleichspannungs- als auch Wechselspannungsanwendungen geeignet und gestattet auch eine Nutzung beispielsweise im Längszweig.Here, the fuse according to the invention is designed in particular for use with spark gaps and can be designed in accordance with these special features. In principle, the proposed principle is suitable for both direct voltage and alternating voltage applications and also allows use, for example, in the series branch.

Durch die geringe Bauform kann die ansteuerbare Sicherung in einem gemeinsamen Gehäuse eines Überspannungsschutzgerätes in Reihe zu einer Funkenstrecke oder einem Varistor eingesetzt werden.Due to its small design, the controllable fuse can be used in a common housing of an overvoltage protection device in series with a spark gap or a varistor.

Die Sicherung schützt das Überspannungsschutzgerät vor, bei oder gegebenenfalls auch nach einer Überlastung und trennt selbiges vom Netz ab.The fuse protects the overvoltage protection device against, during or, if necessary, after an overload and disconnects it from the mains.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindungslehre wird eine triggerbare Sicherung vorgeschlagen, welche auf einem definierten mechanischen Zerschneiden einer speziellen, zusätzlichen Engstelle eines Sicherungsschmelzleiters nach Aktivierung eines Auslösers abzielt.According to a further basic idea of the teaching of the invention, a triggerable fuse is proposed which aims at a defined mechanical cutting of a special, additional constriction of a fuse fusible conductor after activation of a trigger.

Erfindungsgemäß erfolgt eine konstruktive Abstimmung der zusätzlichen Engstelle zu bereits vorhandenen passiven Stromengstellen, das heißt klassischen Sicherungsengstellen. Als Löschmedium ist beispielsweise Quarzsand, insbesondere bei hohen Schaltleistungen geeignet.According to the invention, there is a constructive coordination of the additional bottleneck with existing passive flow bottlenecks, that is to say classic safety bottlenecks. Quartz sand, for example, is suitable as an extinguishing medium, especially with high switching capacities.

Mit der nachstehend beschriebenen Variante wird die Aufgabe gelöst, eine Sicherung zu schaffen, welche die Vorteile einer klassischen strombegrenzenden Sicherung mit denen einer aktivierbaren, quasi intelligenten Sicherung mit nur einer Schneidklinge bei kleiner Baugröße und einfachem Aktivator kombiniert. Die Sicherung führt bei passiver Funktion nicht zu einer Erhöhung des Schutzpegels des nachgeordneten Ableiters und erzeugt bei Aktivierung keine Spannung oberhalb des ausgewiesenen Schutzpegels des jeweiligen verschalteten Überspannungsschutzgerätes.The variant described below solves the problem of creating a fuse which combines the advantages of a classic current-limiting fuse with those of an activatable, quasi-intelligent fuse with only one cutting blade, with a small size and a simple activator. With passive function, the fuse does not lead to an increase in the protection level of the downstream arrester and, when activated, does not generate any voltage above the specified protection level of the respective connected overvoltage protection device.

Die diesbezügliche Lösung beruht auf einem oder mehreren parallelen Sicherungsschmelzleitern, die innerhalb eines Löschmediums angeordnet sind.The solution in this regard is based on one or more parallel fuse-links which are arranged within an extinguishing medium.

Die Schmelzleiter besitzen mehrere, konventionelle elektrische, das heißt Stromengstellen in Reihe, deren Anzahl der üblichen Auslegung für die entsprechende Nennspannung der Sicherung entspricht.The fusible conductors have several conventional electrical, that is, current constrictions in series, the number of which corresponds to the usual design for the corresponding nominal voltage of the fuse.

Entsprechend bekannter NH-Sicherungen erstrecken sich die Schmelzleiter vorwiegend geradlinig axial durch den Sicherungskörper. Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Sicherung und der Engstellen entspricht bei hohen Kurzschlussströmen bzw. virtuellen Schmelzzeiten von ca. < 10 ms denen von üblichen Sicherungen.Corresponding to known NH fuses, the fusible conductors extend predominantly in a straight line axially through the fuse body. The structure and mode of operation of such a fuse and the bottlenecks correspond to those of conventional fuses in the case of high short-circuit currents or virtual melting times of approx. <10 ms.

Der mindestens eine Schmelzleiter verfügt bevorzugt zwischen den erwähnten üblichen Stromengstellen über mindestens eine weitere spezielle mechanische Engstelle, welche durch mindestens einen Aktor und eine Schneidklinge oder ein ähnliches Mittel durchtrennt werden kann.The at least one fusible conductor preferably has at least one further special mechanical constriction between the usual current constrictions mentioned, which can be severed by at least one actuator and a cutting blade or a similar means.

Die Schneidklinge als Trennelement ist bevorzugt aus einem isolierenden Material bestehend oder mit einem isolierenden Überzug versehen. Diese isolierende Schneidklinge führt zu einer Verlängerung der Trennstrecke zwischen dem unterbrochenen Schmelzleiter. Die entstehende Trennstrecke ist in der Lage, eine Spannungsfestigkeit von mindestens 2,5 kV, bevorzugt 4-6 kV zu realisieren.The cutting blade as a separating element is preferably made of an insulating material or provided with an insulating coating. This insulating cutting blade leads to an extension of the separating distance between the interrupted fusible conductor. The resulting isolating distance is able to achieve a dielectric strength of at least 2.5 kV, preferably 4-6 kV.

Die erfindungsgemäße, zusätzliche Engstelle gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung unterscheidet sich von bekannten, üblichen Engstellen durch die nachstehend geschilderten Maßnahmen.The additional bottleneck according to the invention according to further embodiments of the invention differs from known, customary bottlenecks by the measures described below.

Die geometrische oder mechanische zusätzliche Engstelle besitzt einen Restquerschnitt, welcher höher ist, als der der üblichen Engstellen. Der Schmelzintegralwert (I2t-Wert) der Engstelle ist so dimensioniert, dass er gleich oder minimal höher als das Ausschaltintegral der Sicherung ist. Diese Auslegung bewirkt, dass die Engstelle bei Kurzschlussströmen nicht anspricht.The geometric or mechanical additional constriction has a residual cross section which is higher than that of the usual constrictions. The melting integral value (I 2 t value) of the bottleneck is dimensioned in such a way that it is equal to or slightly higher than the switch-off integral of the fuse. This design ensures that the bottleneck does not respond to short-circuit currents.

Der Bereich der zusätzlichen Engstelle steht jedoch zur Verlängerung der Lichtbögen zur Verfügung.However, the area of the additional constriction is available for extending the arcs.

Die geometrische Engstelle und die Schneidklinge befinden sich in einem Bereich ohne Löschmedium.The geometric constriction and the cutting blade are located in an area without an extinguishing medium.

Dieser Bereich wird bevorzugt beidseitig mit dünnen Stegen von den Bereichen mit Löschmedium und den elektrischen Engstellen abgetrennt.This area is preferably separated on both sides with thin webs from the areas with extinguishing medium and the electrical constrictions.

Die Breite dieses Bereiches ist auf die Klingenbreite und die doppelte Schmelzleiterdicke im Wesentlichen begrenzt.The width of this area is essentially limited to the width of the blade and twice the thickness of the fuse element.

Der oder die Schmelzleiter sind durch den Isolationssteg geführt derart, dass bevorzugt keine weitere Abdichtung zum Trennbereich notwendig ist, um das Eindringen eines Löschmediums, zum Beispiel Quarzsand, zu verhindern.The fusible conductor (s) are / are guided through the insulating web in such a way that preferably no further seal is necessary for the separation area in order to prevent the penetration of an extinguishing medium, for example quartz sand.

Die Isolierstege können aus Keramik, Vulkanfiber oder aber auch aus Polymeren mit oder ohne Gasabgabe (POM) gefertigt sein. Die Wandstärke beträgt bevorzugt < 1 mm.The insulating bars can be made of ceramic, vulcanized fiber or also of polymers with or without gas release (POM). The wall thickness is preferably <1 mm.

Die Breite der Schneidklinge ist bevorzugt höher als die Schmelzleiterbreite, jedoch mindestens breiter als die zusätzliche mechanische Engstelle.The width of the cutting blade is preferably greater than the width of the fusible conductor, but at least wider than the additional mechanical constriction.

Die Klinge besitzt einen Hubweg, welcher über den Dehnbereich des Schmelzleiters beim Trennen hinausgeht. Die Strecke der kürzesten Verbindung zwischen einem stromlos geschnittenen Schmelzleiter liegt bei ≥ 4 mm. Bei einer Lichtbogenabschaltung verlängert sich die Strecke durch den Schmelzleiterabbrand. An der Klinge können Maßnahmen zur Gleitstreckenverlängerung vorgesehen sein. Die Klinge kann mit einem festen oder deformierbaren Gegenstück einen Isolierspalt bilden.The blade has a stroke that goes beyond the expansion range of the fusible conductor when it is cut. The distance of the shortest connection between a currentless cut fusible link is ≥ 4 mm. If the arc is switched off, the distance is lengthened by the fusible conductor burn-off. Measures to extend the sliding distance can be provided on the blade. The blade can form an insulating gap with a fixed or deformable counterpart.

Bei aktiver Abschaltung kann sich der Lichtbogen aus dem Schneidbereich in den Bereich mit Löschmittel recht schnell verlängern. Die Druckentwicklung und somit die Gehäusebelastung im Schneidbereich ist daher gering. Bei passiver Funktion ist das hohe Löschvermögen durch die Engstellen in den beiden Bereichen mit Löschmittel, zum Beispiel verdichteter Quarzsand, gewährleistet.With active shutdown, the arc can extend very quickly from the cutting area to the area with extinguishing agent. The pressure development and thus the load on the housing in the cutting area is therefore low. With passive function, the high extinguishing capacity is guaranteed by the constrictions in the two areas with extinguishing agent, for example compacted quartz sand.

Das Material der zusätzlichen Engstelle im Schneidbereich steht für eine Verlängerung des Lichtbogens zur Verfügung. Durch die Materialwahl der Klinge und der Isolationsstege oder Stegwände kann auch in diesem Bereich eine vergleichsweise gute Kühlung des Lichtbogens realisiert werden.The material of the additional constriction in the cutting area is available for an extension of the arc. The choice of material for the blade and the insulation webs or web walls enables comparatively good arc cooling to be achieved in this area as well.

Durch die platzsparende Ausführung und die geringe Beeinflussung des passiven Sicherungsverhaltens können geringe Baugrößen realisiert werden. Die Schmelzleiterführung und die Impedanz unterscheiden sich nicht von üblichen Sicherungen, wodurch der Spannungsabfall bei Impulsströmen begrenzbar ist. Durch das passive Verhalten der zusätzlichen Engstelle bei Kurzschluss kann die Spannungshöhe der Sicherung begrenzt werden und es ist möglich, den Schutzpegel des Ableiters einzuhalten.Due to the space-saving design and the low impact on the passive safety behavior, small sizes can be realized. The fusible conductor routing and the impedance do not differ from conventional fuses, which means that the voltage drop in the case of impulse currents can be limited. Due to the passive behavior of the additional bottleneck in the event of a short circuit, the The voltage level of the fuse can be limited and it is possible to maintain the protection level of the arrester.

Durch die Möglichkeit der schnellen Verlängerung des Lichtbogens beim Schneiden nur einer Engstelle in dem Bereich mit verdichtetem Löschmittel oder sogenannten "Stone-Sand", kann die Sicherung auch bei hohen Kurzschlussströmen angesteuert werden, wodurch sowohl eine passive als auch aktive Funktionsweise gewährleistet ist.The possibility of quickly lengthening the arc when cutting only a narrow point in the area with compressed extinguishing agent or so-called "stone sand" means that the fuse can also be activated in the event of high short-circuit currents, which ensures both passive and active functionality.

Obiges gestattet bei einer Auftrennung von nur einer Engstelle die Aktivierung der Sicherung bereits bei hohen Strömen mit virtuellen Schmelzzeiten < 10 ms. Somit kann die Sicherung praktisch im stromfreien Zustand, bei kleinen Strömen weit unterhalb der Nennstromstärke und selbst bei hohen Fehlerströmen im kA-Bereich bereits nach einer geringen Zeit unterbrochen werden. Ebenso kann eine nahezu beliebige Zeit/Strom-Kennlinie entsprechend der jeweiligen Anforderungen realisiert werden.The above allows the fuse to be activated even at high currents with virtual melting times of <10 ms if only one bottleneck is separated. This means that the fuse can be interrupted practically in the de-energized state, with small currents far below the nominal current strength and even with high fault currents in the kA range after a short time. Almost any time / current characteristic can also be implemented according to the respective requirements.

Bei einer Ausführungsvariante mit mehreren Schmelzleitern besteht die Möglichkeit, die Schmelzleiter gleichzeitig mit höherem Kraftaufwand oder nacheinander mit geringerem Kraftaufwand mit einem einzigen Aktor zu trennen. Die Bewegungsrichtung kann dabei gerade oder aber auch kreis- oder exzenterförmig sein. Ebenso können die Klingen dieser Bewegungsart entsprechend unterschiedlich ausgestaltet werden.In an embodiment variant with several fusible conductors, there is the possibility of separating the fusible conductors simultaneously with greater expenditure of force or one after the other with less expenditure of force with a single actuator. The direction of movement can be straight or else circular or eccentric. Likewise, the blades of this type of movement can be designed differently accordingly.

Alternativ besteht die Möglichkeit, die Schmelzleiter mit jeweils einer Klinge und einem Aktor separat zu trennen. Dies erlaubt auch eine gegenläufige bzw. überlappende Bewegung der Klinge, wobei die Klingen gleichzeitig der Spaltbildung dienen können.Alternatively, it is possible to separate the fusible conductors with one blade and one actuator each. This also allows counter-rotating or overlapping movement of the blade, with the blades simultaneously being able to serve to form a gap.

Um bei Bedarf eine rasche Abschaltung zu realisieren, wird ein geeigneter Aktor nebst schneller Fehlererfassung realisiert.In order to implement a quick shutdown if required, a suitable actuator is implemented along with rapid error detection.

Zur Vermeidung von sprengstoffrelevanten Zündeinrichtungen oder Gasgeneratoren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen einfachen Anzünder, das heißt einen sogenannten Brückenzünder, ohne eigene Sprengkraft zu nutzen. Um trotzdem eine hinreichende Kraftwirkung zu erzielen, wird die Druckwelle, welche bei der Zündung entsteht, nach Art eines Kolben- /Zylinderprinzips genutzt, um die mechanische oder geometrische Engstelle des oder der Schmelzleiter zu zertrennen.In order to avoid explosive-relevant ignition devices or gas generators, it is proposed according to the invention to use a simple igniter, that is to say a so-called bridge igniter, without its own explosive force. In order to still achieve a sufficient force, the pressure wave that occurs during ignition is like a piston / The cylinder principle is used to cut the mechanical or geometric constriction of the fusible conductor (s).

Hierfür kann beispielsweise der Klingenschaft selbst im Kolben geführt werden bzw. mit dem Kolben verbunden sein oder an einem im Kolben geführten Projektil befestigt werden.For this purpose, for example, the blade shaft itself can be guided in the piston or connected to the piston or attached to a projectile guided in the piston.

Die Klinge kann insofern sehr dicht am Schmelzleiter angeordnet sein. Es ist jedoch auch eine Distanz zur Erhöhung des Impulses der Klinge bei ausreichendem Platz oder außerhalb liegenden Antrieb wählbar. Kolben aber auch Klinge können bevorzugt zusätzlich geführt werden. Das erwähnte Projektil sitzt lose im Kolben. Im Kolbenhohlraum befindet sich ein Anzünder bzw. Brückenzünder, welcher den Kolbenhohlraum ausfüllt. Der Hohlraum ist gegenüber dem Projektil über eine Strecke in Bewegungsrichtung abgedichtet, welche mindestens den Bewegungsweg bis zum Durchtrennen des oder der Schmelzleiter entspricht. Somit ist gewährleistet, dass die Abdichtung zu dem Projektil im Kolben erst nach dem Zertrennen der Engstelle aufgehoben wird.In this respect, the blade can be arranged very close to the fusible conductor. However, it is also possible to select a distance to increase the impulse of the blade if there is sufficient space or if the drive is located outside. Piston but also blade can preferably also be guided. The projectile mentioned sits loosely in the piston. In the piston cavity there is an igniter or bridge igniter, which fills the piston cavity. The cavity is sealed off from the projectile over a distance in the direction of movement which corresponds at least to the movement path up to the severing of the fusible conductor or conductors. This ensures that the seal to the projectile in the piston is only broken after the narrow point has been severed.

Die Sicherungsschmelzleiter sind, wie bei passiven Sicherungen üblich, bevorzugt starr mit einer Unterkappe und einer Endkappe am Sicherungsgehäuse befestigt. Die beidseitige Abschottung des Schneidbereiches von dem Löschmittelbereich dient als zusätzliche Führung der Schmelzleiter im engen Schneidbereich.As is customary with passive fuses, the fuse fusible conductors are preferably rigidly attached to the fuse housing with a lower cap and an end cap. The separation of the cutting area on both sides from the extinguishing agent area serves as an additional guide for the fusible conductors in the narrow cutting area.

Die Führung in den Durchführungen der Abschottungsplatten ist dabei so gestaltet, dass der oder die Schmelzleiter bei Querlage zur Klinge sich beim Auftreffen der Klinge leicht in Richtung der Klingenbewegung deformieren dürfen. Es hat sich gezeigt, dass diese leichte Deformierung einen geringeren Kraftaufwand benötigt, als eine starre Schmelzleiterführung. Beim Trennen der Schmelzleiter werden diese zwischen der Abschottung und der Klinge beidseitig gebogen. Alternativ ist auch eine Ausstanzung bei entsprechender Klingengestaltung und notwendigen Krafteinwirkungen möglich.The guide in the feedthroughs of the partitioning plates is designed in such a way that the fusible conductor or conductors, when positioned transversely to the blade, may deform slightly in the direction of the blade movement when the blade hits. It has been shown that this slight deformation requires less effort than a rigid fusible conductor guide. When the fusible conductors are separated, they are bent on both sides between the partition and the blade. Alternatively, punching out is also possible with the appropriate blade design and the necessary forces.

Die Kraftwirkung des Aktors beruht im Wesentlichen auf der thermischen Ausdehnung des vom Brückenzünder umgebenden Gases. Diese minimal erhitzte Gasmenge kann sich nach dem Öffnen des Kolbens innerhalb eines sehr kleinen Volumens, also gegebenenfalls direkt im Schneidbereich, problemlos entspannen, so dass keine Verstärkung des Sicherungsgehäuses, der Kappen oder eine Entlüftung oder ähnliches vorgesehen werden muss.The force effect of the actuator is essentially based on the thermal expansion of the gas surrounding the bridge igniter. This minimally heated amount of gas can easily relax after opening the piston within a very small volume, i.e. possibly directly in the cutting area, so that no reinforcement of the fuse housing, the caps or ventilation or the like has to be provided.

Sind in der Schutzkonzeption für das eingesetzte Überspannungsschutzgerät bzw. den angeschlossenen Verbrauchern längere Abschaltzeiten hinreichend, können auch Aktoren mit langsameren Reaktionszeiten verwendet werden. Beispielsweise sind hier Formgedächtnislegierungen oder andere volumenändernde Materialien denkbar. Die höchsten Anforderungen an eine Abstimmung zwischen benötigter Kraft zum Zerschneiden oder Zertrennen einer Engstelle sind gebunden an die erforderliche Impulsstromtragfähigkeit, bei welcher keine Auftrennung des Sicherungsschmelzleiters bewirkt werden soll.If longer switch-off times are sufficient in the protection concept for the overvoltage protection device or the connected loads, actuators with slower reaction times can also be used. For example, shape memory alloys or other volume-changing materials are conceivable here. The highest requirements for a coordination between the force required for cutting or severing a bottleneck are tied to the required pulse current carrying capacity, at which no separation of the fuse element should be effected.

Die Belastungen bei Ableitern auf Varistorbasis sind gegenüber einem Blitzstoßstromableiter auf der Basis von Funkenstrecken geringer. Im Allgemeinen wird bei Blitzableitern von einer maximalen Belastung mit 100 kA 10/350 µs ausgegangen. Bei üblichen Wechselstromnetzen bedeutet dies für die einzelne Funkenstrecke eine Belastung mit 25 kA 10/350 µs. Der Schmelzleiter einer Sicherung sollte bei der beschriebenen Anwendung der obigen Anforderung genügen. Dies betrifft sowohl die üblichen elektrischen Engstellen als auch die beschriebene, zusätzliche mechanische oder geometrische Engstelle.The loads with arresters based on varistors are lower than with lightning surge arresters based on spark gaps. In general, a maximum load of 100 kA 10/350 µs is assumed for lightning arresters. In conventional AC networks, this means a load of 25 kA 10/350 µs for the individual spark gap. The fuse element of a fuse should meet the above requirement for the application described. This applies to both the usual electrical bottlenecks and the additional mechanical or geometric bottleneck described.

Bei einer üblichen NH-Sicherung entspricht diese Anforderung ca. einer Sicherung mit einer Nennstromstärke von 315 A. Bezüglich der Nennspannung der Sicherung wird häufig eine Spannung im Bereich der verketteten Spannung des Netzes, in denen die Ableiter eingesetzt werden, gewählt. Damit sollte die Sicherung in einem üblichen 230/400 Volt-Netz für eine Spannung von 400 Volt geeignet sein. Die Ableitervorsicherung erzeugt bei einer Abschaltung keine Lichtbogenspannung, welche oberhalb des Schutzpegels des Ableiters liegt. Bei einer Gestaltung der Engstellen von NH-Sicherungen kann pro Engstelle mit einer Spannung von ca. 300 Volt gerechnet werden. Aus diesen Anforderungen ergibt sich eine Anzahl von minimal drei und maximal fünf üblicher bekannter Engstellen für eine solche Sicherung, wodurch ein üblicher Schutzpegel von ca. 1,5 kV im Allgemeinen nicht überschritten wird.In the case of a conventional NH fuse, this requirement corresponds approximately to a fuse with a nominal current of 315 A. With regard to the nominal voltage of the fuse, a voltage in the range of the line-to-line voltage of the network in which the arrester is used is often selected. The fuse should therefore be suitable for a voltage of 400 volts in a conventional 230/400 volt network. In the event of a shutdown, the arrester backup fuse does not generate an arc voltage that is above the protection level of the arrester. When designing the bottlenecks of NH fuses, a voltage of approx. 300 volts can be expected for each bottleneck. These requirements result in a number of a minimum of three and a maximum of five common known bottlenecks for such a fuse, as a result of which a common protection level of approx. 1.5 kV is generally not exceeded.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösungsvariante geht von einer ansteuerbaren Sicherung, insbesondere für die Anwendung als Ableitervorsicherung aus, wobei bei dieser Variante ein definiertes Zerreißen eines Sicherungsschmelzleiters unter Nutzung einer speziellen, zusätzlichen Engstelle erfolgt.Another variant of the solution according to the invention is based on a controllable fuse, in particular for use as an arrester backup fuse, in which case a defined rupture of a fuse is achieved in this variant Fuse fuse using a special, additional bottleneck.

Es zielt also dieser Ansatz auf eine platzsparende und kostengünstige Ausführungsform einer triggerbaren Sicherung, welche auf dem definierten Zerreißen einer speziellen zusätzlichen Engstelle eines Sicherungsschmelzleiters im Löschmedium nach Aktivieren eines Auslösers beruht. Die übrigen Eigenschaften einer ansonsten passiv voll funktionsfähigen Sicherung werden nicht beeinträchtigt. Die Besonderheiten dieses Lösungsansatzes liegen in der Einfachheit des Auslösers und der Abstimmung der zusätzlichen, geometrischen Engstelle zu den klassischen, bekannten Sicherungsengstellen.This approach is therefore aimed at a space-saving and inexpensive embodiment of a triggerable fuse, which is based on the defined tearing of a special additional constriction of a fuse fusible conductor in the extinguishing medium after activation of a trigger. The other properties of an otherwise passively fully functional fuse are not impaired. The special features of this approach are the simplicity of the trigger and the coordination of the additional, geometric bottleneck with the classic, well-known safety bottlenecks.

Beim Ausüben von Zugkräften an einem oder mehreren Schmelzleitern werden alle vorhandenen Engstellen, das heißt das gesamte Schmelzleiterband und die Befestigung des Bandes gedehnt. Die Dehnlänge kann bei Schmelzleitern von 5-8 cm Länge leicht mehrere Millimeter bis zum Reißen insbesondere bei Kupferschmelzleitern betragen.When tensile forces are exerted on one or more fusible conductors, all existing bottlenecks, i.e. the entire fusible conductor strip and the fastening of the strip, are stretched. With fusible conductors of 5-8 cm length, the stretching length can easily be several millimeters to the point of tearing, especially with copper fusible conductors.

Soll eine Trennstrecke von ca. 3 mm geschaffen werden, kann der notwendige Hubweg bereits deutlich über 10 mm liegen, was zu einer unerwünschten Vergrößerung eines solchen Bauelementes führt.If a separation distance of approx. 3 mm is to be created, the necessary stroke can already be well over 10 mm, which leads to an undesirable enlargement of such a component.

Um die Dehnung zu begrenzen, besteht die Möglichkeit, den Schmelzleiter partiell gegenüber dem Gehäuse oder dem Löschmittel (Sand) zu fixieren. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Löschmittel partiell zu verfestigen.In order to limit the expansion, it is possible to partially fix the fuse element against the housing or the extinguishing agent (sand). Alternatively, there is the possibility of partially solidifying the extinguishing agent.

Im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Maßnahmen erfolgt gemäß der erfindungsgemäßen Lehre die Dehnung am Schmelzleiter überwiegend an einer zusätzlichen mechanischen, das heißt geometrischen Sollbruchstelle.In contrast to the measures explained above, according to the teaching according to the invention, the expansion on the fusible conductor takes place predominantly at an additional mechanical, that is to say geometric, predetermined breaking point.

Die gesamte Verlängerung liegt daher nur wenig über der notwendigen Reißdehnung der Sollbruchengstelle und der angestrebten Trennstrecke.The entire extension is therefore only slightly above the necessary elongation at break of the predetermined breaking point and the desired separation distance.

Die zusätzliche mechanische Sollbruchstelle, auch als Zugengstelle bezeichnet, ist in Verbindung mit den bekannten elektrischen Engstellen abzustimmen und zu dimensionieren.The additional mechanical predetermined breaking point, also referred to as a tension point, must be coordinated and dimensioned in conjunction with the known electrical narrow points.

Damit die mechanische Engstelle eine deutlich geringere Zugfestigkeit besitzt, ist der Querschnitt dieser geringer als derjenige der elektrisch relevanten Engstellen. Somit ist jedoch sicherzustellen, dass trotz des geringeren Querschnittes bei gleicher Strombelastung die mechanische Engstelle nicht vor den elektrischen Engstellen bei allen Strombelastungen, auch transienten Belastungen, anspricht, sondern zeitverzögert bzw. bei höheren Belastungen.So that the mechanical constriction has a significantly lower tensile strength, the cross section of this is smaller than that of the electrically relevant one Bottlenecks. However, it must be ensured that despite the smaller cross-section with the same current load, the mechanical bottleneck does not respond before the electrical bottlenecks with all current loads, including transient loads, but with a time delay or with higher loads.

Die diesbezügliche Ausführungsform der Erfindung beruht also auf einem oder mehreren parallelen Sicherungsschmelzleitern in einem Löschmedium. Die Schmelzleiter besitzen mehrere konventionelle Engstellen in Reihe, deren Anzahl einer üblichen Auslegung für die entsprechende Nennspannung der Sicherung entspricht.The relevant embodiment of the invention is therefore based on one or more parallel fuse fusible conductors in an extinguishing medium. The fusible conductors have several conventional bottlenecks in series, the number of which corresponds to a conventional design for the corresponding rated voltage of the fuse.

Gemäß üblichen NH-Sicherungen erstrecken sich die Schmelzleiter vorwiegend geradlinig axial durch den Sicherungskörper. Der oder die Schmelzleiter verfügen bevorzugt zwischen den erwähnten bekannten Engstellen über mindestens eine weitere, spezielle Engstelle, die durch einen Aktor zerrissen werden kann.According to conventional NH fuses, the fusible conductors extend predominantly in a straight line axially through the fuse body. The fusible conductor or conductors preferably have at least one further, special constriction between the known constrictions mentioned, which can be torn by an actuator.

Der eingesetzte Aktor bedingt des Weiteren eine definierte Verlängerung des unterbrochenen Schmelzleiters. Die entstehende Gesamt-Trennstrecke realisiert eine Spannungsfestigkeit von mindestens 2,5 kV.The actuator used also requires a defined extension of the interrupted fusible conductor. The resulting overall isolating distance achieves a dielectric strength of at least 2.5 kV.

Die zusätzliche Engstelle unterscheidet sich von den üblichen Engstellen durch die nachstehenden Merkmale.The additional bottleneck differs from the usual bottlenecks in the following features.

Die zusätzliche, mechanische oder geometrische Engstelle besitzt einen Restquerschnitt, welcher deutlich geringer ist, als der der üblichen Engstellen. Der Schmelzintegralwert der Engstelle ist im Zeitraum von transienten Impulsstrombelastungen, insbesondere der Stromimpulsform 8/20 µs und 10/350 µs, gleich oder sogar größer als derjenigen der üblichen bekannten Engstellen.The additional, mechanical or geometric constriction has a residual cross-section which is significantly smaller than that of the usual constrictions. The melting integral value of the bottleneck is the same or even greater than that of the usual known bottlenecks during the period of transient pulse current loads, in particular the current pulse shape 8/20 microseconds and 10/350 microseconds.

Darüber hinaus ist die mechanische Festigkeit gegenüber der Kraftrichtung des Aktors deutlich kleiner als die mechanische Festigkeit der übrigen, bekannten Engstellen.In addition, the mechanical strength compared to the direction of force of the actuator is significantly smaller than the mechanical strength of the other, known constrictions.

Die Kraft des Aktors wirkt insofern nahezu nur auf die erfindungsgemäße, zusätzliche Engstelle. Die Dehnung der üblichen, bekannten Engstellen infolge der Krafteinwirkung des Aktors ist vernachlässigbar.In this respect, the force of the actuator acts almost only on the additional constriction according to the invention. The elongation of the usual, known constrictions as a result of the force applied by the actuator is negligible.

Die mechanische Engstelle wird gegenüber den elektrischen Engstellen so gestaltet, dass diese bei netzfrequenten Belastungen im Allgemeinen nicht mit anspricht. Der Bereich der Engstelle steht jedoch der Verlängerung der Lichtbögen von den normalen Engstellen zur Verfügung.The mechanical bottleneck is designed in relation to the electrical bottleneck in such a way that it generally does not respond to line-frequency loads. However, the area of the bottleneck is available for the extension of the arcs from the normal bottlenecks.

Die mechanische Engstelle ist also von ihren Abmessungen her deutlich kleiner ausgeführt als die bekannten Engstellen. Bei bandförmigen Schmelzleitern ist die Engstelle so gestaltet, dass auch bei steilen Stromanstiegen eine ungleichmäßige Stromverteilung weitestgehend vermieden werden kann. Die Engstelle wird hierzu idealerweise als beidseitige Verjüngung des Bandes über die vollständige Breite mit einer Länge < 500 µm, optimal < 100 µm ausgeführt. Bei einer solchen Ausgestaltung mit üblichen Ausstanzungen bzw. durchgängigen Ausnehmungen sind diese so realisiert, dass die Ausnehmungen ähnlich kurz sind und die Breite der Ausnehmungen die Länge nicht über das Doppelte überschreiten.The dimensions of the mechanical constriction are therefore significantly smaller than the known constrictions. In the case of ribbon-shaped fusible conductors, the bottleneck is designed in such a way that an uneven current distribution can be avoided as far as possible, even with steep increases in current. For this purpose, the narrow point is ideally designed as a tapering of the strip on both sides over the entire width with a length <500 µm, optimally <100 µm. In such a configuration with customary punchings or continuous recesses, these are implemented in such a way that the recesses are similarly short and the width of the recesses does not exceed the length by more than twice.

Prinzipiell sind auch weitere Gestaltungsvarianten möglich. Ziel der vorgeschlagenen Maßnahmen ist eine möglichst gleichmäßige Stromdichteverteilung im Schmelzleiter und den Engstellen selbst bei Impulsstrombelastung bei einer sehr guten und nahezu verzugsfreien Wärmeableitung aus dem Bereich der geometrischen Engstelle.In principle, other design variants are also possible. The aim of the proposed measures is a current density distribution that is as uniform as possible in the fusible conductor and the constrictions, even with a pulsed current load, with very good and almost distortion-free heat dissipation from the area of the geometrical constriction.

Vorstehendes sichert selbst bei raschen Stromimpulsbelastungen bis < 1 ms einen geringeren Temperaturanstieg innerhalb der mechanischen Engstelle mit geringerem Querschnitt als in den üblichen elektrischen Engstellen mit höherem Querschnitt.The above ensures a lower temperature rise within the mechanical constriction with a smaller cross-section than in the usual electrical constriction with a larger cross-section, even with rapid current pulse loads of up to <1 ms.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

  • Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Grundanordnung, bestehend aus Erfassungs- und Bewertungseinheit, Ansteuerung, Energieversorgung und triggerbarer Sicherung;
  • Fig. 2 einen beispielhaften Aufbau einer triggerbaren Sicherung im Schnitt;
  • Fig. 3 eine beispielhafte Zeit/Strom-Kennlinie einer erfindungsgemäßen triggerbaren Sicherung;
  • Fig. 4 einen beispielhaften Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit Engstellen, welche zur Erzielung kurzer Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen länger als bekannte, übliche Engstellen ausgestaltet sind;
  • Fig. 5 eine Bauform mit nicht geradlinigem Schmelzleiter, sondern mit einer winkeligen Führung des Schmelzleiters mit den Anschlüssen A und B;
  • Fig. 6 eine prinzipielle Anordnung mit zwei Schmelzleitern und gegenläufigen Klingen mit jeweils einem Aktor;
  • Fig. 7 einen Teilbereich der Anordnung gemäß Fig. 2 nach einer Trennung ohne Lichtbogeneinwirkung;
  • Fig. 8a eine Anordnung, bei welcher die Schmelzleiter gleichzeitig und quer geschnitten werden;
  • Fig. 8b eine Darstellung des gleichzeitigen Schneidens der Schmelzleiter mit vertikaler Ausrichtung zum Schmelzleiter;
  • Fig. 9 ein Schneidelement mit zwei versetzten Klingen im Querschnitt, welches das Schneiden von zwei Schmelzleitern quer mit kurzem Hubweg ermöglicht;
  • Fig. 10 jeweils Klinge und Aktor zum Schneiden eines Schmelzleiters mit kurzen Hubwegen und gegenläufiger Bewegung der Klingen;
  • Fig. 11 ein Schneidelement mit zwei Klingen und rotatorischer Bewegung, welche durch eine entsprechende Führung und nur einem Aktor erzwungen werden kann;
  • Fig. 12 eine Ausführungsform, bei welcher ein weiterer Sicherungsschmelzleiter, welcher beispielsweise drahtförmig ausgeführt werden kann, durch die Trenneinrichtung nicht unterbrochen wird;
  • Fig. 13 eine Alternative zu einem Draht mit einem Schmelzleiter auf einem Träger;
  • Fig. 14 eine Schneidanordnung parallel zu einer Hörnerfunkenstrecke, welche mit einem Sicherungsdraht geringer Nennstromstärke kurzgeschlossen ist, und wobei beim Durchtrennen des Hauptschmelzleiters der Strom auf den Sicherungsdraht kommutiert, welcher die Hörnerfunkenstrecke zündet, die dann den Strom in einer Löschkammer löscht;
  • Fig. 15 eine Weiterbildung einer Schneid- und Trennklinge;
  • Fig. 16 eine Anordnung mit einem Aktor mit kurzem, jedoch variablen Hubweg;
  • Fig. 17 einen Schmelzleiter mit bekannten Engstellen in Form von länglichen Ausnehmungen, wobei zwischen den bekannten Engstellen ein Bereich mit unvermindertem Querschnitt vorgesehen ist und innerhalb dieses Bereiches eine Zusatzengstelle in Form mehrerer rautenförmiger Ausnehmungen mit kurzer Gesamtlänge ausgeführt ist;
  • Fig. 18 einen Schmelzleiter für eine Kapselsicherung mit Engstellen, welche zur Erzielung kurzer Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen anders gestaltet sind als übliche, bekannte Engstellen;
  • Fig. 19 eine Ausführungsform, bei welcher zwischen üblichen, bekannten Engstellen die erfindungsgemäße zusätzliche mechanische Engstelle 4 eingebracht ist;
  • Fig. 20a-c verschiedene Gestaltungsvarianten der zusätzlichen, erfindungsgemäßen mechanischen Engstelle;
  • Fig. 21a und b ein beispielhafter Aufbau einer NH-Sicherung in Kapselbauform (ausschnittsweise) mit A im Normalzustand und B ausgelöst;
  • Fig. 22a und b eine Ausführungsform für eine Verwendung von Formgedächtnislegierungen mit spezieller Nutzung der Zugkraft;
  • Fig. 23 eine Ausführungsform, bei der die Zugkraft an einer Lotstelle wirkt, welche beispielsweise durch eine Reaktionsfolie mit exothermer Reaktion innerhalb kürzester Zeit, das heißt im Millisekunden-Bereich, gelöst werden kann.
The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and with the aid of figures. Here show:
  • Fig. 1 a block diagram of a basic arrangement, consisting of a detection and evaluation unit, control, power supply and triggerable fuse;
  • Fig. 2 an exemplary structure of a triggerable fuse in section;
  • Fig. 3 an exemplary time / current characteristic curve of a triggerable fuse according to the invention;
  • Fig. 4 an exemplary fusible conductor for a capsule fuse with constrictions, which are designed to achieve short melting times with small overcurrents longer than known, usual constrictions;
  • Fig. 5 a design with not a straight fusible conductor, but with an angled guide of the fusible conductor with the connections A and B;
  • Fig. 6 a basic arrangement with two fusible conductors and opposing blades, each with an actuator;
  • Fig. 7 a portion of the arrangement according to Fig. 2 after a separation without the effect of an arc;
  • Figure 8a an arrangement in which the fusible conductors are cut simultaneously and transversely;
  • Figure 8b a representation of the simultaneous cutting of the fusible conductor with a vertical alignment to the fusible conductor;
  • Fig. 9 a cutting element with two offset blades in cross-section, which enables two fusible conductors to be cut transversely with a short stroke;
  • Fig. 10 Blade and actuator for cutting a fusible conductor with short stroke paths and opposite movement of the blades;
  • Fig. 11 a cutting element with two blades and a rotary movement, which can be forced by a corresponding guide and only one actuator;
  • Fig. 12 an embodiment in which a further fuse fusible conductor, which can be designed in the form of a wire, for example, is not interrupted by the separating device;
  • Fig. 13 an alternative to a wire with a fuse element on a carrier;
  • Fig. 14 a cutting arrangement parallel to a horn spark gap, which is short-circuited with a fuse wire of low nominal current strength, and wherein when cutting through the main fusible conductor, the current on the Commutation fuse wire, which ignites the horn gap, which then extinguishes the current in an arcing chamber;
  • Fig. 15 a further development of a cutting and separating blade;
  • Fig. 16 an arrangement with an actuator with a short, but variable stroke;
  • Fig. 17 a fusible link with known constrictions in the form of elongated recesses, an area with an undiminished cross-section being provided between the known constrictions and an additional constriction in the form of several diamond-shaped recesses with a short overall length being implemented within this area;
  • Fig. 18 a fusible link for a capsule fuse with constrictions, which are designed differently than usual, known constrictions in order to achieve short melting times with small overcurrents;
  • Fig. 19 an embodiment in which the additional mechanical constriction 4 according to the invention is introduced between conventional, known constrictions;
  • Figures 20a-c different design variants of the additional mechanical constriction according to the invention;
  • Figure 21a and b an exemplary structure of a NH fuse in capsule design (excerpts) with A in the normal state and B triggered;
  • Figure 22a and b an embodiment for a use of shape memory alloys with special use of the tensile force;
  • Fig. 23 an embodiment in which the tensile force acts at a soldering point, which can be released within a very short time, that is to say in the millisecond range, for example by a reaction film with an exothermic reaction.

Die Fig. 1 zeigt eine Grundanordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, welche aus einer Erfassungs- und Bewertungseinheit 1, einer Ansteuerung 2, einer Energieversorgung 3 und der triggerbaren, ansteuerbaren Sicherung 4 besteht.the Fig. 1 shows a basic arrangement of an embodiment according to the invention, which consists of a detection and evaluation unit 1, a control 2, a power supply 3 and the triggerable, controllable fuse 4.

Die Ansteuereinheit 2 weist einen zusätzlichen externen Steuereingang 5 auf.The control unit 2 has an additional external control input 5.

Die Erfassungs- und Bewertungseinheit 1 besitzt mehrere Messeingänge 8 und einen Eingang zur Strommessung 6 sowie zur Spannungsmessung 7.The acquisition and evaluation unit 1 has several measurement inputs 8 and an input for current measurement 6 and for voltage measurement 7.

An die Eingänge 8 können weitere Sensoren angeschlossen werden.Additional sensors can be connected to inputs 8.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, einen Kommunikationseingang für externe Messeinrichtungen vorzusehen.It is also possible to provide a communication input for external measuring devices.

Die Signalabgabe zur Sicherung 4 kann leitungsgebunden aber auch kabellos bei separater Versorgung der Zündeinrichtung (Brückenzünder) erfolgen.The signal output to the fuse 4 can be wired or wireless if the ignition device (bridge igniter) is supplied separately.

Die Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer triggerbaren Sicherung mit Schneidelement 13 im Schnitt.the Fig. 2 shows an exemplary structure of a triggerable fuse with cutting element 13 in section.

Diese Darstellung entspricht bezogen auf die Sicherung dem klassischen Aufbau bekannter NH-Sicherungen mit einem Löschmittel in Form von Quarzsand und einen ergänzenden Bereich zur Aktivierung eines Brückenzünders 14.In relation to the fuse, this representation corresponds to the classic structure of known NH fuses with an extinguishing agent in the form of quartz sand and an additional area for activating a bridge igniter 14.

Die erfindungsgemäße Sicherung 4 weist zwei Anschlusskappen 9, zwei Schmelzleiter 10, zwei Bereiche 11 mit einem Löschmittel, zum Beispiel Quarzsand, und ein löschmittelfreien Bereich 12 auf. In dem löschmittelfreien Bereich 12 kann eine Schneidklinke 13 zur Trennung der Schmelzleiter 10 eingebracht werden.The fuse 4 according to the invention has two connection caps 9, two fusible conductors 10, two areas 11 with an extinguishing agent, for example quartz sand, and an area 12 free of extinguishing agent. In the area 12 free of extinguishing agent, a cutting pawl 13 can be introduced to separate the fusible conductors 10.

Die Schneidklinge 13 wird bei Aktivierung des Brückenzünders 14 in Richtung der Schmelzleiter 10 beschleunigt und durchtrennt diesen.When the bridge igniter 14 is activated, the cutting blade 13 is accelerated in the direction of the fusible conductor 10 and cuts through it.

Im Bewegungsweg der Schneidklinge 13 kann im löschmittelfreien Bereich ein Stoppbereich vorgesehen sein. Dieser Stoppbereich dient der Dämpfung des Aufpralles und somit dem Schutz der Gehäusewand sowie der Klinge. Zusätzlich kann dieser Bereich zur spaltartigen Lichtbogenabschnürung genutzt werden. Der Stoppbereich kann beispielsweise durch einen weichen bzw. elastischen oder porösen Kunststoff mit oder ohne Gasabgabe realisiert werden. Alternativ ist eine Dämpfung auch in einem sich verjüngenden, spaltartigen Bereich aus Isolationsmaterial möglich.In the path of movement of the cutting blade 13, a stop area can be provided in the area free of extinguishing agent. This stop area serves to dampen the impact and thus protect the housing wall and the blade. In addition, this area can be used to constrict a gap-like arc. The stop area can be implemented, for example, by a soft or elastic or porous plastic with or without gas release. Alternatively, damping is also possible in a tapering, gap-like area made of insulation material.

Die Aktivierung des Brückenzünders 14 erfolgt hierbei über Steuerleitungen 15, welche mit der Ansteuerung 2 (siehe Fig. 1) direkt verbindbar sind.The bridge igniter 14 is activated via control lines 15, which are connected to the control 2 (see Fig. 1 ) are directly connectable.

Der Brückenzünder 14 ist in einer Umhausung 16 befindlich, wobei die Umhausung 16 einen vom Brückenzünder 14 getriebenen Kolben 17 aufweist, welcher mit einem Trennelement 13 in Verbindung steht.The bridge igniter 14 is located in a housing 16, the housing 16 having a piston 17 which is driven by the bridge igniter 14 and which is connected to a separating element 13.

Der löschmittelfreie Bereich 12 ist als zum Löschmittel 11 abgeschotteter Kanal ausgebildet. Der Kanal weist Seitenwände 18 auf, welche auch zur Führung des Trennelementes 13 dienen können.The area 12 free of extinguishing agent is designed as a channel sealed off from the extinguishing agent 11. The channel has side walls 18 which can also serve to guide the separating element 13.

Die Fig. 3 zeigt beispielhaft die Zeit/Strom-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Anordnung.the Fig. 3 shows an example of the time / current characteristic of an arrangement according to the invention.

Die Kennlinien sind aufgrund der Übersichtlichkeit vereinfacht nur im Zeitbereich von ca. 4 ms bis 10 s dargestellt. Ergänzend wurde der prinzipielle Verlauf im Zeitbereich bis ca. 4 ms dargestellt.For the sake of clarity, the characteristic curves are shown in simplified form only in the time range from approx. 4 ms to 10 s. In addition, the basic course in the time range up to approx. 4 ms was shown.

Die adiabatische Erwärmung von Schmelzleitern der gG-Sicherungen kann bis > 5 ms je nach Schmelzleitergestaltung betragen. Der passive Schmelzleiter der Sicherung A besitzt beispielsweise eine Nennstromstärke von ca. 315 A. Die Sicherung B besitzt eine deutlich niedrigere Nennstromstärke von 100 A, bei jedoch nahezu gleichem adiabatischen Schmelzintegral (l2t-Wert).The adiabatic heating of fusible conductors of the gG fuses can be up to> 5 ms depending on the design of the fusible conductor. The passive fusible conductor of fuse A has, for example, a nominal current of approx. 315 A. Fuse B has a significantly lower nominal current of 100 A, but with almost the same adiabatic melting integral (l 2 t value).

Aufgrund dieses Wertes ist die Pulsstromtragfähigkeit, welche beispielsweise für die Anwendung in Kombination mit einem Überspannungsschutzgerät von Bedeutung ist, für beide Sicherungen vergleichbar. Um eine derartige Kennlinie zu erreichen, muss der Schmelzleiter B entsprechend gestaltet oder zusätzlich gealtert werden.On the basis of this value, the pulse current carrying capacity, which is important for use in combination with an overvoltage protection device, for example, is comparable for both fuses. In order to achieve such a characteristic, the fusible conductor B must be designed accordingly or additionally aged.

Im adiabatischen Zeitbereich wird das Verhalten der vorgeschlagenen Schutzeinrichtung durch das passive Schmelzverhalten des Schmelzleiters der Sicherung bestimmt.In the adiabatic time range, the behavior of the proposed protective device is determined by the passive melting behavior of the fuse element of the fuse.

Bei kleineren Strömen und theoretisch längeren passiven Schmelzzeiten der jeweiligen Sicherung A oder B kann die Zeit bis zur aktiven Unterbrechung des Schmelzleiters beispielsweise von 10 ms bis zur passiven Schmelzzeit beliebig begrenzt werden. Die Zeit/Strom-Kennlinie kann somit unterhalb der passiven Zeit/Strom-Kennlinie der Sicherungen beliebig gestaltet sein. Somit ist in einem weiten Bereich auch die Einstellung von maximalen Stromflussdauern und maximalen Stromflusshöhen möglich. Der beispielhafte Bereich mit variabler Kennlinie wird durch die gestrichelten Linien unterhalb der passiven Kennlinien der Schmelzleiter A und B begrenzt. Hierdurch ist eine gute Anpassung an verschiedene Schutzaufgaben möglich.With smaller currents and theoretically longer passive melting times of the respective fuse A or B, the time until the active interruption of the fuse element can be limited as desired, for example from 10 ms to the passive melting time. The time / current characteristic curve can thus be designed as desired below the passive time / current characteristic curve of the fuses. This means that it is also possible to set maximum current flow durations and maximum current flow levels over a wide range. The exemplary range with variable The characteristic curve is limited by the dashed lines below the passive characteristic curves of fusible conductors A and B. This enables good adaptation to various protection tasks.

Die Fig. 4 zeigt einen Schmelzleiter 1A für eine Kapselsicherung mit Engstellen 2A, welche zur Erzielung kurzer Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen länger gestaltet sind als bekannte elektrische Engstellen. Dies führt zu einer vorteilhaften Absenkung der Nennstromstärke der Sicherung. Die Länge der Engstellen entspricht ca. dem Abstand des unvermittelten Querschnittes des Schmelzleiters 1A zwischen den Engstellen. Zwischen den Engstellen befindet sich eine zusätzliche Engstelle 3A zum Schneiden des Schmelzleiters mit einem geringeren Modulationsgrad als die Engstellen 2A.the Fig. 4 shows a fusible conductor 1A for a capsule fuse with constrictions 2A, which are designed to be longer than known electrical constrictions in order to achieve short melting times with small overcurrents. This leads to an advantageous reduction in the rated current of the fuse. The length of the constrictions corresponds approximately to the distance of the unmediated cross section of the fusible conductor 1A between the constrictions. Between the bottlenecks there is an additional bottleneck 3A for cutting the fusible conductor with a lower degree of modulation than the bottlenecks 2A.

Um optimale Löscheigenschaften bei einer einfachen Quarzsandfüllung als Löschmittel zu erreichen, ist bei hohen zu beherrschenden Impulsströmen und dem damit verbundenen hohen Metallanteil eine Aufteilung des Schmelzleiters in mehrere Schmelzleiter von Vorteil. Für die erfindungsgemäß relevanten Anforderungen sind zwei gleichgestaltete Schmelzleiter von Vorteil.In order to achieve optimal extinguishing properties with a simple quartz sand filling as extinguishing agent, it is advantageous to divide the fusible conductor into several fusible conductors in the case of high impulse currents to be controlled and the associated high metal content. Two fusible conductors of the same design are advantageous for the requirements that are relevant according to the invention.

Grundsätzlich kann die Baugröße, die Geometrie des Sicherungsgehäuses, die Anzahl der Schmelzleiter usw. beliebig variiert werden. Neben einer geraden Schmelzleiterführung und beidseitigem Anschluss an gegenüberliegende Stirnseiten können die Anschlüsse A und B selbstverständlich auch auf einer Seite des Gehäuses 6A gemäß Fig. 5 liegen.In principle, the size, the geometry of the fuse housing, the number of fusible conductors, etc. can be varied as required. In addition to a straight fusible conductor guide and two-sided connection to opposite end faces, the connections A and B can of course also be on one side of the housing 6A according to FIG Fig. 5 lie.

Neben Gehäusen aus Isolationsmaterial sind auch elektrisch leitende Gehäuse mit einer oder zwei isolierten Einführungen für den oder die Schmelzleiter realisierbar.In addition to housings made of insulating material, electrically conductive housings with one or two insulated entries for the fusible conductor (s) can also be implemented.

Die Schmelzleitergestaltung kann auf Bänder, Drähte, Rohre oder dergleichen zurückgreifen.The fusible conductor design can use strips, wires, tubes or the like.

Die Führung der Schmelzleiter und die Positionierung der Anschlüsse sind so zu gestalten, dass bei einer Belastung mit transienten Impulsen die Kräfte, die Stromhöhen und insbesondere auch der Schutzpegel der Gesamtanordnung eingehalten wird. Der induktive Spannungsabfall an der Sicherungsanordnung ist auf Werte < 300 V, möglichst < 200 V bei Belastungen größer 25 kA zu beschränken. Zur Reduzierung der Induktivität besteht die Möglichkeit, die Schmelzleiterführung auch bifilar auszugestalten.The routing of the fusible conductors and the positioning of the connections must be designed in such a way that the forces, the current levels and, in particular, the protection level of the overall arrangement are maintained in the event of a load with transient pulses. The inductive voltage drop on the fuse arrangement should be <300 V, if possible <200 V for loads greater than 25 kA restrict. In order to reduce the inductance, there is the possibility of designing the fusible conductor guide in a bifilar manner.

Fig. 6 zeigt eine prinzipielle Anordnung von zwei Schmelzleitern 1A mit zwei gegenläufigen Klingen 4A mit jeweils einem Aktor (vereinfachend nicht dargestellt). Fig. 6 shows a basic arrangement of two fusible conductors 1A with two opposing blades 4A each with an actuator (not shown for simplicity).

Das Gehäuse dient dabei gleichzeitig als Anschluss A. Der weitere Anschluss B wird isoliert aus dem Gehäuse 6A herausgeführt. Die koaxiale Anordnung reduziert den induktiven Spannungsabfall.The housing serves at the same time as connection A. The further connection B is led out of the housing 6A in an insulated manner. The coaxial arrangement reduces the inductive voltage drop.

Fig. 7 stellt einen Teilbereich der Anordnung entsprechend Fig. 2 nach einer Trennung ohne Lichtbogeneinwirkung dar. Fig. 7 represents a sub-area of the arrangement accordingly Fig. 2 after a separation without the effect of an arc.

In der Fig. 7 ist das seitliche Umlegen der Schmelzleiterbereiche 12A zwischen Klinge 4A und Isolationsplatten zu erkennen. Aufgrund der engen Führung dieser Teile kann bei deren entsprechenden Gestaltung auch die Klemmung der Teile zur Abbremsung der Klinge 4A und zur Spaltbildung genutzt werden.In the Fig. 7 the lateral folding of the fusible conductor areas 12A between the blade 4A and the insulation plates can be seen. Due to the tight guidance of these parts, with their corresponding design, the clamping of the parts can also be used to brake the blade 4A and to form a gap.

Die Fig. 8a zeigt eine Anordnung, bei welcher die Schmelzleiter gleichzeitig und quer geschnitten werden. Die Fig. 8b zeigt ein gleichzeitiges Schneiden der Schmelzleiter mit vertikaler Ausrichtung zum Schmelzleiter. Gemäß Fig. 8a ist der Aktor 5a und die Schneidklinge platzsparend direkt im Sicherungsgehäuse integriert.the Figure 8a shows an arrangement in which the fusible conductors are cut simultaneously and transversely. the Figure 8b shows a simultaneous cutting of the fusible link with vertical alignment to the fusible link. According to Figure 8a the actuator 5a and the cutting blade are integrated directly into the fuse housing to save space.

In Fig. 9 wird ein Schneidelement mit zwei versetzten Klingen 4A im Querschnitt dargestellt, welches das Schneiden von zwei Schmelzleitern 1A mit kurzem Hubweg ermöglicht.In Fig. 9 shows a cutting element with two offset blades 4A in cross section, which enables the cutting of two fusible conductors 1A with a short stroke.

Gemäß Fig. 10 wird jeweils eine Klinge 4A oder ein Aktor 5A zum Schneiden eines Schmelzleiters 1A eingesetzt. Dies ermöglicht kurze Hubwege, eine gegenläufige Bewegung der Klingen und bei entsprechender Ausführung eine partielle Spaltbildung unmittelbar zwischen den Klingen 4A, falls keine zusätzliche Isolationsstrecke mit oder ohne Löschfunktion oder ein Bereich mit Löschmittel vorgesehen ist.According to Fig. 10 a blade 4A or an actuator 5A is used in each case for cutting a fusible conductor 1A. This enables short stroke paths, counter-rotating movement of the blades and, with an appropriate design, partial gap formation directly between the blades 4A, if no additional isolation path with or without extinguishing function or an area with extinguishing agent is provided.

In Fig. 11 ist ein Schneidelement mit zwei Klingen 4A und rotatorischer Bewegung dargestellt, welche durch eine entsprechende Führung und mit nur einem Aktor erzwungen werden kann. Die Klinge 4A kann hierbei jeweils in einem Teil so geführt werden, dass eine gute Spaltbildung möglich ist.In Fig. 11 a cutting element with two blades 4A and a rotary movement is shown, which can be forced by a corresponding guide and with only one actuator. The blade 4A can in each case be guided in one part in such a way that a good gap formation is possible.

Die Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein weiterer Sicherungsschmelzleiter 13A, welcher beispielsweise auch drahtförmig ausgeführt werden kann, durch die Trenneinrichtung nicht unterbrochen wird.the Fig. 12 shows an embodiment in which a further fuse fusible conductor 13A, which can also be designed in the form of a wire, for example, is not interrupted by the separating device.

Der Draht kann an den Hauptanschlüssen oder auch direkt oder indirekt an den Hauptschmelzleitern kontaktiert werden.The wire can be contacted at the main connections or directly or indirectly at the main fusible conductors.

Der Draht ist bevorzugt mit einem Löschmedium 14A umgeben. Im Fall der Unterbrechung des Hauptschmelzleiters kommutiert der Strom auf den Draht, wodurch eine Lichtbogenbildung im Schneidbereich weitestgehend vermeidbar ist und eine hohe Spannungsfestigkeit nach vollständiger Abtrennung realisierbar ist.The wire is preferably surrounded with an extinguishing medium 14A. If the main fusible conductor is interrupted, the current commutates on the wire, which means that arcing in the cutting area can be largely avoided and a high dielectric strength can be achieved after complete separation.

Die Unterbrechung erfolgt durch einen weiteren Schmelzleiter, welcher eine sehr geringe Nennstromstärke, insbesondere unterhalb der Nennstromstärke des Netzes, besitzt.The interruption takes place through a further fusible conductor, which has a very low nominal current strength, in particular below the nominal current strength of the network.

Der beispielsweise drahtförmige Schmelzleiter 13A kann zeitversetzt gegebenenfalls mit der gleichen Schneide gegebenenfalls direkt oder indirekt unterbrochen werden, um einen Stromdurchgang bei 0 A zu ermöglichen. Ein indirektes Unterbrechen ist bei einer mechanischen Verschiebung oder Zerstörung eines Trägers auf oder durch den Draht möglich. Alternativ zu einem Draht ist es möglich, einen Schmelzleiter auf einem Träger 15A entsprechend Fig. 13 auszuführen. Ebenso ist eine Verschiebung einer SMD-Sicherung machbar.The wire-shaped fusible conductor 13A, for example, can be interrupted with the same cutting edge with a time delay, if necessary, directly or indirectly, in order to enable a current to pass through at 0 A. An indirect interruption is possible in the event of a mechanical displacement or destruction of a carrier on or by the wire. As an alternative to a wire, it is possible to use a fuse element on a carrier 15A accordingly Fig. 13 to execute. Moving an SMD fuse is also feasible.

Die erläuterte Grundanordnung ist mit weiteren Modifikationen zur Unterbrechung von hohen Kurzschlussströmen geeignet.With further modifications, the explained basic arrangement is suitable for interrupting high short-circuit currents.

Die Schneid- oder Trennanordnung gemäß der Erfindung kann sich parallel zu einer Hörnerfunkenstrecke 16A befinden, welche beispielsweise mit einem Sicherungsdraht 17A geringer Nennstromstärke kurzgeschlossen ist. Beim Durchtrennen des Hauptschmelzleiters kommutiert der Strom auf dem Sicherungsdraht 17A, welcher die Hörnerfunkenstrecke 16A zündet, die wiederum strombegrenzend den Strom in einer Löschkammer 18A löscht.The cutting or separating arrangement according to the invention can be located parallel to a horn spark gap 16A, which is short-circuited, for example, with a safety wire 17A of low nominal current strength. When the main fusible conductor is cut, the current commutates on the fuse wire 17A, which ignites the horn spark gap 16A, which in turn extinguishes the current in a quenching chamber 18A, limiting the current.

Eine derartige Anordnung ist in der Fig. 14 beispielhaft dargestellt.Such an arrangement is in the Fig. 14 shown as an example.

Die Anforderungen bezüglich der Stromkommutierung und die Rückzündungsgefahr sind hier geringer als bei einer Parallelschaltung zu einer Sicherung kleiner Nennstromstärke. Möglich ist auch eine Zündung eines Lichtbogens direkt unterhalb des Einlaufbereiches oder auch direkt in einer Lichtbogenkammer. Die Anforderung bezüglich der Stromkommutierung und Rückzündung ist in diesem Fall bereits höher als bei der klassischen Hörnerfunkenstrecke, jedoch geringer als bei einer parallelen Sicherung einer Nennstromstärke. Bei derartigen Anordnungen kann auf die an die Schneideinrichtung angrenzenden löschmittelgefüllten Bereiche verzichtet werden, wodurch die Impedanz und der Platzbedarf im Hauptpfad reduziert ist.The requirements with regard to current commutation and the risk of reignition are lower here than with a parallel connection to a fuse with a lower rated current. Ignition of one is also possible Arc directly below the inlet area or directly in an arc chamber. In this case, the requirement with regard to current commutation and re-ignition is already higher than with the classic horn spark gap, but lower than with a parallel fuse of a nominal current strength. In such arrangements, the areas filled with extinguishing agent adjacent to the cutting device can be dispensed with, as a result of which the impedance and the space requirement in the main path are reduced.

Bei einer weiteren Ausgestaltung kann die Schneideinrichtung 4A sich direkt im Zündbereich einer Hörnerfunkenstrecke 16A befinden. Die Hörnerfunkenstrecke 16A wird dabei durch ein Sicherungsband 1A gegebenenfalls mit einer Engstelle oder definierten I2t-Wert kurzgeschlossen und befindet sich direkt im Hauptpfad.In a further embodiment, the cutting device 4A can be located directly in the ignition area of a horn spark gap 16A. The horn spark gap 16A is short-circuited by a securing tape 1A, if necessary with a bottleneck or a defined I 2 t value, and is located directly in the main path.

Das Sicherungsband kann hierbei außerhalb des Schneidbereiches zwischen den divergierenden Elektroden geführt sein.The securing band can be guided outside the cutting area between the diverging electrodes.

Die Schneid- oder Trennklinge ist dabei so gestaltet, dass der Lichtbogen, welcher bei der Unterbrechung des Bandes entsteht, in Richtung der Löschkammer bewegt wird und in der Hörnerfunkenstrecke eine Isolationsstrecke entsprechend der gewünschten Spannungsfestigkeit gemäß Fig. 15 entsteht.The cutting or separating blade is designed in such a way that the arc that occurs when the strip is interrupted is moved in the direction of the quenching chamber and an insulation gap in the horn spark gap according to the desired dielectric strength Fig. 15 arises.

Hierzu wird die Klinge zumindest überwiegend aus Isolationsmaterial gefertigt oder in Isolationsmaterial gefasst bzw. eingebettet.For this purpose, the blade is made at least predominantly from insulation material or is gripped or embedded in insulation material.

Die Klinge wird nach dem Trennen des Schmelzleiters mehrere Millimeter weitergeführt, so dass die Distanz zwischen den geschnittenen Schmelzleiterresten größer 3 mm, jedoch bevorzugt mehr als 5 mm beträgt.After the fusible conductor has been separated, the blade is continued for several millimeters so that the distance between the cut remains of the fusible conductor is greater than 3 mm, but preferably more than 5 mm.

Die Klinge kann zudem seitlich neben den divergierenden Elektroden der Hörnerfunkenstrecke in Nuten 19A aus Isolationsmaterial geführt werden, wodurch ein seitlicher Lichtbogenüberschlag vermieden wird.The blade can also be guided laterally next to the diverging electrodes of the horn spark gap in grooves 19A made of insulating material, as a result of which a lateral arcing is avoided.

Neben der Aktivierung durch den Aktor 5A kann zudem vorgesehen werden, dass der Schmelzleiter thermisch aufgetrennt bzw. aus dem Bereich zwischen den beiden Elektroden so verschoben wird, dass eine Trennstrecke entsteht. Die Klinge kann hierbei zusätzlich mit einer mechanischen Vorspannung versehen sein, welche das Eindringen in den Bereich der divergierenden Elektroden auch ohne Aktivierung des Aktors erlaubt. Derartige Ausführungsformen sind aus dem Bereich der Abtrennvorrichtungen unter anderem für Varistoren bekannt.In addition to activation by the actuator 5A, provision can also be made for the fusible conductor to be thermally separated or moved out of the area between the two electrodes in such a way that a separating distance is created. The blade can also be provided with a mechanical preload, which also allows it to penetrate into the area of the diverging electrodes allowed without activating the actuator. Such embodiments are known from the field of disconnection devices, inter alia, for varistors.

Die erläuterten Anordnungen und Ausführungsformen sind auch mit anderen internen oder externen Aktoren betätigbar.The arrangements and embodiments explained can also be actuated with other internal or external actuators.

Hier sind auch Anordnungen mit Federspeichern möglich.Arrangements with spring accumulators are also possible here.

Fig. 16 zeigt eine Anordnung mit einem Aktor 5A mit kurzem, jedoch variablem Hubweg. Als Aktor können hier beispielsweise Piezokeramiken oder ähnliches zum Einsatz kommen. Fig. 16 shows an arrangement with an actuator 5A with a short but variable stroke path. Piezoceramics or the like, for example, can be used here as the actuator.

Der Schmelzleiter 1A wird in diesem Fall quer in zwei Isolationsteilen 20A geführt, welche stanzenähnlich ausgebildet sind. Durch die Bewegung des Aktors ist es möglich, eine definierte Modulierung der Engstelle 3A des Schmelzleiters auch nach dem Einbau durchzuführen und somit die Kennlinie der Sicherung wahlweise zu verändern. Auch ist ein vollständiges Durchtrennen des Schmelzleiters bei entsprechender Höhe des Signals zum Aktor 5A möglich.In this case, the fusible conductor 1A is guided transversely in two insulation parts 20A, which are designed like punch. By moving the actuator, it is possible to carry out a defined modulation of the narrow point 3A of the fusible conductor even after installation and thus to change the characteristic of the fuse as required. A complete severing of the fusible conductor is also possible with a corresponding level of the signal to the actuator 5A.

Bei mehreren Schmelzleitern kann das Durchtrennen und Prägen der Engstelle durch mehrere Aktoren entsprechend der Schmelzleiteranzahl bzw. auch für mehrere Engstellen pro Schmelzleiter durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, baugleiche Sicherungen für verschiedene Anwendungen nach deren Fertigung zu modifizieren. Die Stanz- bzw. Prägeteile sind bevorzugt aus einem Material, welches die Lichtbogenlöschung unterstützt, zum Beispiel Keramik, Polymer oder ähnliches. Der Stanzbereich kann bei sehr feinen körnigen Löschmitteln zusätzlich vom Löschmittelbereich durch Isolationsplatten 9A abgeschottet werden. Bei dünneren Schmelzleitern 1A ist diese Abschottung bei entsprechender Körnung des Löschmittels nicht zwingend notwendig.If there are several fusible conductors, the severing and embossing of the constriction can be carried out by several actuators according to the number of fusible conductors or for several constrictions per fusible conductor. This makes it possible to modify fuses of the same construction for different applications after they have been manufactured. The stamped or embossed parts are preferably made of a material that supports the arc extinguishing, for example ceramic, polymer or the like. In the case of very fine, granular extinguishing agents, the punching area can also be sealed off from the extinguishing agent area by insulation plates 9A. In the case of thinner fusible conductors 1A, this separation is not absolutely necessary if the extinguishing agent has a corresponding grain size.

Die Aktivierung der erfindungsgemäßen Sicherung hängt von den gewählten Aktoren ab. Beispielsweise kann die Aktivierung bei Formgedächtnislegierungen oder Brückenzündern über einen Strom erfolgen. Der Strom kann beispielsweise aus dem anliegenden Netz oder einem separaten Energiespeicher gewonnen werden. Bei Brückenzündern kann die geringe benötigte Energie auch galvanisch getrennt durch einen Übertrager bereitgestellt werden.The activation of the fuse according to the invention depends on the actuators selected. For example, shape memory alloys or bridge detonators can be activated via a current. The electricity can be obtained, for example, from the connected network or from a separate energy store. In the case of bridge igniters, the small amount of energy required can also be provided galvanically separated by a transformer.

Der Auslösegrad für die Aktivierung der Sicherung wird so gestaltet, dass eine Aktivierung mit Hilfe mehrerer Kriterien möglich ist. Hier können aktiv ansteuerbare Schalter genutzt werden, welche über eine interne Auswerteelektronik bzw. eine externe Steuermöglichkeit verfügen. Im einfachsten Fall können diese Schalter auch direkt auf physikalische Größen reagierende Mittel sein, welche parallel zum ansteuerbaren Schalter vorgesehen sind. Derartige Schalter können auf Grenzwerte oder Änderungen von Temperatur, Druck, Strom, Spannung, optische Signale, Volumen oder dergleichen oder deren Kombinationen reagieren. Als Schalter sind ebenso elektronische, mechanische, spannungsschaltende aber auch impedanzändernde Bauteile einsetzbar.The degree of triggering for the activation of the fuse is designed in such a way that activation using several criteria is possible. Here, actively controllable switches can be used which have internal evaluation electronics or an external control option. In the simplest case, these switches can also be means which react directly to physical variables and which are provided in parallel with the controllable switch. Such switches can react to limit values or changes in temperature, pressure, current, voltage, optical signals, volume or the like or combinations thereof. Electronic, mechanical, voltage-switching, but also impedance-changing components can also be used as switches.

Die Fig. 17 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt einen Schmelzleiter 1B mit üblichen Engstellen 2B in Form von länglichen Ausnehmungen. Zwischen diesen üblichen Ausnehmungen ist ein Bereich mit unvermindertem Querschnitt 3B vorgesehen, welcher in diesem Fall ähnlich lang wie die Ausnehmungen ist. Innerhalb dieses Bereiches ist eine beispielhafte Ausführungsform einer zusätzlichen mechanischen Engstelle 4B ausgebildet. Diese Engstelle 4B ist als rautenförmige Ausnehmung mit kurzer Gesamtlänge realisiert.the Fig. 17 Another embodiment of the invention shows a fusible conductor 1B with usual constrictions 2B in the form of elongated recesses. An area with an undiminished cross section 3B is provided between these usual recesses, which in this case is similar in length to the recesses. An exemplary embodiment of an additional mechanical constriction 4B is formed within this area. This constriction 4B is implemented as a diamond-shaped recess with a short overall length.

Eine solche Gestaltung besitzt insbesondere bei der Nutzung der erfindungsgemäßen Sicherung im Querzweig den Vorteil, dass bei Kurzschlussbelastung keine zusätzliche Lichtbogenspannung durch eine zeitgleiche Lichtbogenentstehung bezüglich der zusätzlichen und der bekannten Engstellen verursacht wird, wodurch die Spannungsbelastung des zu schützenden Verbrauchers kontrollierbar bleibt.Such a design has the advantage, especially when using the fuse according to the invention in the shunt branch, that in the event of a short-circuit load, no additional arc voltage is caused by a simultaneous arc formation with regard to the additional and known bottlenecks, whereby the voltage load of the consumer to be protected remains controllable.

Die kurze Engstelle kann ohne nennenswerte Verlängerung des Schmelzleiters und ohne relevante Reduzierung des Materials des Schmelzleiters, welcher für eine kontrollierte Lichtbogenverlängerung notwendig ist, realisiert werden. Die Engstelle führt aufgrund der erläuterten Auslegung auch nicht zu einer zusätzlichen Druck- bzw. Temperaturbelastung des Sicherungsgehäuses.The short bottleneck can be realized without any significant lengthening of the fusible conductor and without a relevant reduction in the material of the fusible conductor, which is necessary for a controlled arc lengthening. Due to the design explained, the constriction also does not lead to additional pressure or temperature stress on the fuse housing.

Die relativ mittige Position der zusätzlichen mechanischen Engstelle umgeben von Löschmedium, zum Beispiel üblichem Quarzsand, führt bei der Zerstörung der Engstelle zu einem vergleichsweise hohen Löschvermögen, da neben der guten Kühlung und der mechanischen Verlängerung auch eine beidseitige Verlängerung des Lichtbogens bis in den Bereich der normalen Engstellen durch Lichtbogenabbrand recht schnell erfolgen kann.The relatively central position of the additional mechanical constriction surrounded by extinguishing medium, for example common quartz sand, leads to a comparatively high extinguishing capacity when the constriction is destroyed, since, in addition to good cooling and mechanical elongation, there is also an extension on both sides of the arc can take place quite quickly as a result of arc erosion into the area of the normal bottlenecks.

Grundsätzlich kann die mechanische Zug-Engstelle auch an anderen Positionen des Schmelzleiters, beispielsweise unmittelbar vor der ersten elektrischen Engstelle in Zugrichtung vom Aktor vorgesehen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die freie Schmelzleiterlänge im Löschmittel gefüllten Bereich entsprechend der gewünschten aktiv schaltbaren Kurzschlussströme gegebenenfalls verlängert werden muss. Die mechanische Engstelle muss demnach nicht zwingend mittig im Schmelzleiter befindlich sein.In principle, the mechanical tension bottleneck can also be provided by the actuator at other positions of the fusible conductor, for example immediately in front of the first electrical bottleneck in the pulling direction. It should be noted, however, that the free length of the fusible link in the area filled with the extinguishing agent may have to be extended in accordance with the desired actively switchable short-circuit currents. The mechanical constriction therefore does not necessarily have to be located in the center of the fusible link.

Vorstehendes gestattet es selbst bei der Auftrennung von nur einer Engstelle die Aktivierung der Sicherung bereits bei hohen Strömen mit virtuellen Schmelzzeiten < 10 ms. Somit kann die erfindungsgemäße Sicherung praktisch im stromfreien Zustand, bei kleinen Strömen weit unterhalb der Nennstromstärke und selbst hohe Fehlerströme im kA Ampere-Bereich nach geringerer Zeit unterbrechen. Auch kann eine nahezu beliebige Zeit/Strom-Kennlinie je nach Anforderung realisiert werden.The above allows the fuse to be activated even with the separation of just one narrow point at high currents with virtual melting times of <10 ms. Thus, the fuse according to the invention can interrupt practically in the current-free state, with small currents far below the nominal current strength and even high fault currents in the kA ampere range after a short time. Almost any time / current characteristic curve can also be implemented, depending on the requirements.

Alternativ zu einer freien Schmelzleiterführung und einer Zugwirkung auf den gesamten Schmelzleiter sind auch Zugentlastungen am Schmelzleiter bzw. die partielle Fixierung des Schmelzleiters im sogenannten "Stone-Sand" möglich. Damit kann die Kraft gezielt auf eine einzelne Engstelle gelenkt werden.As an alternative to a free fusible lead and a tensile effect on the entire fusible conductor, strain relief on the fusible conductor or the partial fixation of the fusible conductor in the so-called "stone sand" are also possible. This means that the force can be directed specifically to a single bottleneck.

Bei der Verwendung von groben bzw. kantigem Löschsand kann es sinnvoll sein, die üblichen, normalen elektrischen Engstellen zwischen Aktor und mechanischer Zug-Engstelle beispielsweise mit einer Isolationsfolie zu versehen, so dass die zusätzliche Reibung verringert wird.When using coarse or angular extinguishing sand, it can make sense to provide the usual, normal electrical constrictions between the actuator and the mechanical tension constriction, for example with an insulating film, so that the additional friction is reduced.

Die Fig. 18 zeigt einen Schmelzleiter 1B für eine Kapselsicherung mit Engstellen 2B, welche zur Erzielung kurzer Schmelzzeiten bei kleinen Überströmen länger gestaltet sind als übliche Engstellen. Der Abstand des unverminderten Querschnittes 3B des Schmelzleiters zwischen den Engstellen entspricht in diesem Fall jedoch mindestens der Engstellenlänge.the Fig. 18 shows a fusible conductor 1B for a capsule fuse with constrictions 2B, which are designed to be longer than usual constrictions in order to achieve short melting times with small overcurrents. The distance between the undiminished cross section 3B of the fusible conductor between the constrictions, however, in this case corresponds at least to the length of the constriction.

Dies führt bereits zu einer vorteilhaften Absenkung der Nennstromstärke der Sicherung. Bei einer aktiven Sicherung erhöht sich die Dehnung dieser Engstellen bei einer Zugbelastung und die Anforderungen an die mechanische, zusätzliche Engstelle steigen. Um optimale Löscheigenschaften bei einer einfachen Quarzsandfüllung zu erzielen, ist bei hohen zu beherrschenden Pulsströmen und dem damit verbundenen hohen Metallanteil eine Aufteilung des Schmelzleiters in mehrere Schmelzleiter vorteilhaft. Von Vorteil sind hier zwei gleichgestaltete Schmelzleiter.This already leads to an advantageous reduction in the rated current of the fuse. In the case of active securing, the elongation of these bottlenecks increases with a tensile load and the requirements for the mechanical, additional ones Narrow point rise. In order to achieve optimal extinguishing properties with a simple quartz sand filling, it is advantageous to divide the fusible conductor into several fusible conductors in the case of high pulse currents to be controlled and the associated high metal content. Two identically designed fusible conductors are advantageous here.

Figur 19 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwischen den normalen Engstellen 2B die weitere, erfindungsgemäße mechanische Engstelle 4B eingebracht wird. Diese Engstelle ist mit einer Länge von idealerweise von wenigen 10 µm als übliche Engstelle ungeeignet und unterstützt deren passive Funktion bei Kurzschlussausschaltungen nicht. Die Engstelle spricht trotz eines geringeren Querschnittes bei diesen Belastungen nicht an, wodurch keine zusätzliche Lichtbogenspannung erzeugt wird. Die Funktion beschränkt sich demnach allein auf die aktive Ansteuerung der Sicherung. Figure 19 shows an embodiment in which the further mechanical constriction 4B according to the invention is introduced between the normal constrictions 2B. With a length of ideally a few 10 µm, this constriction is unsuitable as a usual constriction and does not support its passive function in the event of short-circuit switch-offs. Despite a smaller cross-section, the constriction does not respond to these loads, which means that no additional arc voltage is generated. The function is therefore limited to the active control of the fuse.

Die Länge der Engstelle ist um mindestens den Faktor 4, idealerweise jedoch größer 10 geringer ausgeführt als die Länge der üblichen, bekannten Engstellen.The length of the bottleneck is at least a factor of 4, but ideally greater than 10 less than the length of the usual, known bottlenecks.

Bei einer mechanischen Engstelle mit einer maximalen Länge von beispielsweise 500 µm sind die üblichen bekannten Engstellen länger als 4 mm. Bessere Verhältnisse ergeben sich bei einer Länge von < 150 µm zu Längen von > 2 mm bei üblichen, bekannten Engstellen.In the case of a mechanical constriction with a maximum length of, for example, 500 μm, the usual known constrictions are longer than 4 mm. Better ratios result with a length of <150 µm compared to lengths of> 2 mm with conventional, known constrictions.

Der Querschnitt der Engstelle gemäß der Erfindung ist mindestens um den Faktor 20 % kleiner, idealerweise mehr als 50 % kleiner als die normale Engstelle. Die üblichen, normalen Engstellen besitzen einen Modulationsgrad von ca. 2 zum unverminderten Querschnitt. Dieser relativ geringe Modulationsgrad ist aufgrund der notwendigen geringen Metallanteile bei kleinen Baugrößen sinnvoll.The cross section of the constriction according to the invention is at least a factor of 20% smaller, ideally more than 50% smaller than the normal constriction. The usual, normal bottlenecks have a degree of modulation of approx. 2 in relation to the undiminished cross-section. This relatively low degree of modulation makes sense because of the small amount of metal required for small sizes.

Für kleine Sicherungsbauformen wird aufgrund der Begrenzung des Verhältnisses Schmelzleitermaterial und Löschmedium für den Schmelzleiter üblicherweise aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen zurückgegriffen.For small fuse designs, due to the limitation of the ratio of fuse element material and extinguishing medium for the fuse element, copper or copper alloys are usually used.

Die benötigte Zugkraft der Engstellen zu deren Zerreißen beträgt höchstens 80 %, jedoch idealerweise < 60 % bezogen auf die Kräfte, die zu einem Zerreißen normaler Engstellen führen.The required tensile force of the constrictions to tear them is at most 80%, but ideally <60% based on the forces that lead to the tearing of normal constrictions.

Bis zum Zerreißen der mechanischen Engstelle erfolgt höchstens eine Dehnung des Gesamtschmelzleiters bei weichem Kupfer um 3 mm, bevorzugt kleiner 1 mm. Dies entspricht < 5 % der Gesamtlänge des Schmelzleiters.Until the mechanical constriction is torn, the total fusible conductor in the case of soft copper is at most stretched by 3 mm, preferably less than 1 mm. This corresponds to <5% of the total length of the fuse element.

Bei Kupfer wird zum Zerreißen der mechanischen Engstelle bei rautenförmiger Gestaltung eine Dehnung von ca. 40 % benötigt. Die üblichen Engstellen dehnen sich selbst bei einer Einzellänge von 4 mm hierbei in der Summe nur um < 8 %, der unverminderte Querschnitt des Schmelzleiters dehnt sich nur um einen Wert < 1 %. Bei kürzeren Engstellen kann die Dehnung noch stärker auf die mechanische Engstelle trotz Kraftwirkung auf die Gesamtlänge des Schmelzleiters beschränkt werden. Dies erlaubt auch bei ungünstigem Material eine vollständige Integration in eine übliche, kleine Sicherungsbaugröße.In the case of copper, an elongation of approx. 40% is required to tear the mechanical constriction with a diamond-shaped design. Even with an individual length of 4 mm, the usual constrictions only expand by <8% in total, the undiminished cross-section of the fusible conductor only expands by a value of <1%. In the case of shorter bottlenecks, the expansion can be restricted even more to the mechanical bottleneck despite the effect of the force on the entire length of the fusible conductor. This allows complete integration into a customary, small fuse size, even with unfavorable material.

Der mögliche Hubweg innerhalb der Sicherung wird mindestens auf den doppelten Weg begrenzt, welcher zum sicheren Zerreißen der mechanischen Engstelle benötigt wird und entsprechend ausgelegt. Der Weg kann jedoch zur Erzielung einer hinreichenden Spannungsfestigkeit auch länger ausgeführt werden.The possible stroke path within the fuse is limited to at least twice the path that is required to safely tear the mechanical bottleneck and is designed accordingly. However, the path can also be made longer to achieve sufficient dielectric strength.

Durch eine Begrenzung der Zugkraft auf nur einen Bereich des Schmelzleiters mit der mechanischen Engstelle kann die Dehnung weiter reduziert werden.By limiting the tensile force to only one area of the fusible conductor with the mechanical constriction, the expansion can be further reduced.

Die Fig. 20a bis 20c zeigen Gestaltungsvarianten der zusätzlichen, mechanischen Engstelle.the Figures 20a to 20c show design variants of the additional, mechanical constriction.

In Fig. 20a ist ein Schmelzleiter 1B mit vier normalen Engstellen 2B mit einem Modulationsgrad von 2 dargestellt. Die Länge der Engstellen beträgt 4 mm, wodurch die Nennstromstärke bereits auf ca. 160 A reduziert werden kann. Die Erwärmung der Engstellen bei einer Belastung von 25 kA 10/350 µs beträgt ca. 700°C, wobei hier noch eine hinreichende Alterungsstabilität besteht. Die mechanische Sollbruchstelle 4B ist so bemessen, dass Selbige mit einfachsten Stanzverfahren und gleichzeitig mit den normalen, bekannten Engstellen herstellbar ist. Die Länge beträgt zum Beispiel 0,5 mm. Der Querschnitt der quer angeordneten Langlöcher ist jedoch um 20 % gegenüber den normalen Engstellen reduziert. Die Temperatur dieser Engstelle liegt bei Impulsbelastungen in gleicher Höhe wie die Temperatur der übrigen Engstellen.In Figure 20a a fusible conductor 1B with four normal constrictions 2B with a degree of modulation of 2 is shown. The length of the bottlenecks is 4 mm, which means that the rated current can be reduced to approx. 160 A. The heating of the constrictions with a load of 25 kA 10/350 µs is approx. 700 ° C, whereby there is still sufficient aging stability. The mechanical predetermined breaking point 4B is dimensioned in such a way that it can be produced with the simplest of punching processes and at the same time with the normal, known constrictions. The length is, for example, 0.5 mm. However, the cross-section of the transversely arranged elongated holes is reduced by 20% compared to the normal narrow points. The temperature of this bottleneck is at the same level as the temperature of the other bottlenecks in the case of pulse loads.

In Fig. 20b wird eine Engstelle 4B gleicher Gesamtlänge, jedoch mit rautenförmiger Geometrie gezeigt. Die Rauten verkürzen den Bereich des minimalen Restquerschnittes gegenüber der Gesamtlänge deutlich. Der Restquerschnitt kann bei gleicher Temperatur auf 60 % bezogen auf die übrigen Engstellen reduziert werden. Die Reduzierung der benötigten Kraft für die Zerstörung der mechanischen Engstelle liegt im gleichen Bereich. Die Gestaltung derartiger Engstellen oder ähnlicher Engstellen wird ausschließlich durch die Technologie und die Kosten für eine reproduzierbare Fertigung beschränkt.In Figure 20b shows a bottleneck 4B of the same overall length, but with a diamond-shaped geometry. The diamonds significantly shorten the area of the minimum remaining cross-section compared to the total length. The remaining cross-section can be reduced to 60% based on the remaining constrictions at the same temperature. The reduction in the force required to destroy the mechanical constriction is in the same range. The design of such bottlenecks or similar bottlenecks is limited exclusively by the technology and the costs for reproducible production.

Gemäß Fig. 20c kann eine Engstellengestaltung 4B erfolgen, die sich auf eine Dickenmodulation beschränkt. Der Schmelzleiter 1B wird in dieser Darstellung nicht in Draufsicht auf die Breite des Schmelzleiters gezeigt. Die Ansicht bezieht sich auf die Dicke des Schmelzleiters 1B in Seitenansicht. Bei einer gleichmäßigen, beidseitigen Modulation über eine insgesamt geringe Engstellenlänge 4B, zum Beispiel von nur 50 - 150 µm, kann bei gleicher Erwärmung im Falle von Impulsströmen der Querschnitt und die benötigte Kraft gegenüber den normalen Engstellen auf ca. 40 % reduziert werden. In der dargestellten Fig. 20c ist die über die Breite des Schmelzleiters gleichmäßige Restdicke im Engstellenbereich in etwa nur ein Drittel der Engstellengesamtlänge.According to Figure 20c a constriction design 4B can take place, which is limited to a thickness modulation. In this illustration, the fusible conductor 1B is not shown in a plan view of the width of the fusible conductor. The view relates to the thickness of the fuse element 1B in side view. With a uniform, bilateral modulation over an overall small bottleneck length 4B, for example of only 50-150 µm, the cross-section and the required force can be reduced to approx. 40% compared to the normal bottlenecks with the same heating in the case of impulse currents. In the illustrated Figure 20c the remaining thickness in the narrow point area, which is uniform over the width of the fusible conductor, is only about a third of the total length of the narrow point.

Die Variante gemäß Fig. 20c offenbart eine Gestaltung, welche eine hinreichende gleichmäßige Stromdichteverteilung bei Impulsströmen bei sehr starker Kühlung der Engstelle gestattet. Die Erwärmung der Engstelle bei Impulsströmen kann somit trotz geringerem Restquerschnittes und hinreichender Kraftreduktion auch deutlich unterhalb von normalen Engstellen liegen, falls dies für die Gesamtfunktion vorteilhaft ist. Die angenommene gleiche Temperaturerhöhung bei Impulsströmen, bei welchen das Ansprechen der Engstellen vermieden werden soll, führt bei netzfrequenten Strömen zu höheren Temperaturen an den normalen Engstellen, wodurch die Lichtbogenentstehung bei passivem Verhalten an der Ziehengstelle vermieden werden kann. Bei einer Belastung mit einem Kurzschlussstrom von ca. 4 kA und virtueller Schmelzzeit von ca. 10 ms, beträgt die Temperatur an der Zieh- oder Zugengstelle nur 211°C (T0 = 22°C) beim Erreichen der Schmelztemperatur an den üblichen, bekannten Engstellen.The variant according to Figure 20c discloses a design which allows a sufficiently uniform current density distribution in the case of impulse currents with very strong cooling of the constriction. The heating of the constriction in the case of impulse currents can thus be significantly below normal constrictions, despite the smaller residual cross-section and sufficient force reduction, if this is advantageous for the overall function. The assumed same temperature increase for impulse currents, in which the response of the bottlenecks is to be avoided, leads to higher temperatures at the normal bottlenecks in the case of mains-frequency currents, which means that arcing can be avoided with passive behavior at the drawing bottleneck. With a load with a short-circuit current of approx. 4 kA and a virtual melting time of approx. 10 ms, the temperature at the pulling or pulling point is only 211 ° C (T0 = 22 ° C) when the melting temperature is reached at the usual, known constrictions .

In Fig. 21a und b ist ein beispielhafter Aufbau einer NH-Sicherung in Kapselbauform ausschnittsweise dargestellt. Die Fig. 21a zeigt dabei den Normalzustand und die Fig. 21b den ausgelösten Zustand.In Figure 21a and b an exemplary structure of a NH fuse in capsule design is shown in detail. the Figure 21a shows the normal state and the Figure 21b the triggered state.

Die Sicherung besitzt bevorzugt ein isolierendes Gehäuse 5B, zwei Hauptschmelzleiter 1B, beidseitig zum Anschluss je eine metallische Endkappe 6B, an der die Schmelzleiter 1B kontaktiert sind.The fuse preferably has an insulating housing 5B, two main fusible conductors 1B, a metallic end cap 6B on both sides for connection, on which the fusible conductors 1B are contacted.

Die Sicherung weist bei kleiner Baugröße für die Aktivierung des Anzünders 7B eine Ausführung für mindestens eine oder zwei Steueranschlüsse 8B auf. Die Steueranschlüsse 8B können axial aber auch radial aus dem Gehäuse bzw. den Endkappen der Sicherung herausgeführt werden. Bei größeren Ausführungen ist auch eine drahtlose Aktivierung möglich.With a small size, the fuse has a design for at least one or two control connections 8B for activating the igniter 7B. The control connections 8B can be led out axially but also radially out of the housing or the end caps of the fuse. Wireless activation is also possible for larger versions.

Die Zündeinrichtung, ausgebildet zum Beispiel als Brückenzünder 7B, befindet sich in einem kleinen Hohlraum 9B umgeben von einem Projektil 10B, welches in einer Art Kolben 11B geführt wird. Am Projektil 10B sind in diesem Fall zwei Schmelzleiter 1B mit jeweils einer mittigen, mechanischen Engstelle 4B fest verbunden.The ignition device, designed for example as a bridge igniter 7B, is located in a small cavity 9B surrounded by a projectile 10B, which is guided in a type of piston 11B. In this case, two fusible conductors 1B, each with a central mechanical constriction 4B, are firmly connected to the projectile 10B.

Die Verbindung kann hierbei form- oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Klemmen erfolgen.The connection can be positive or non-positive, for example by soldering, welding or clamping.

Bevorzugt werden die Schmelzleiter zwischen einem konischen Bereich des Projektils 10B und einem weiteren konischen Teil 12B unter Druck verklemmt. Bei der Beaufschlagung des Projektils 10B mit einer Kraft bei Betätigung des Brückenzünders 7B erhöht sich die Klemmkraft weiter, so dass ein Lösen der Klemmverbindung nicht möglich ist. Bei kleinem Bauraum können die Teile zylindrisch geformt sein und die Schmelzleiter als Halbschalen geformt werden.The fusible conductors are preferably clamped under pressure between a conical area of the projectile 10B and a further conical part 12B. When a force is applied to the projectile 10B when the bridge detonator 7B is actuated, the clamping force increases further, so that it is not possible to loosen the clamping connection. If the installation space is small, the parts can be shaped cylindrically and the fusible conductors can be shaped as half-shells.

Unterhalb des Kolbens 11B befinden sich die Schmelzleiter in einem löschmittelgefüllten Raum 13B. Als Löschmittel wird bevorzugt Quarzsand eingesetzt. Bevorzugt alle Engstellen der Schmelzleiter sind vom Löschmittel umgeben.The fusible conductors are located below the piston 11B in a space 13B filled with extinguishing agent. Quartz sand is the preferred extinguishing agent. Preferably all bottlenecks in the fusible link are surrounded by the extinguishing agent.

Der Kolben 11B ist in einem Zwischenteil 14B befindlich, welches den Raum mit Löschmittel von einem Hohlraum 15B oberhalb des Projektils 10B abgrenzt.The piston 11B is located in an intermediate part 14B which delimits the space with extinguishing agent from a cavity 15B above the projectile 10B.

Das Zwischenteil 14B kann als Isolationsteil oder auch partiell oder vollständig aus elektrisch leitendem Material bestehen.The intermediate part 14B can consist of an insulating part or also partially or completely of electrically conductive material.

Das Zwischenteil 14B kann napfförmig gestaltet sein und auf dem Gehäuseteil 5B mit einem Rand aufliegen.The intermediate part 14B can be designed cup-shaped and rest on the housing part 5B with an edge.

Zwischen dem Zwischenteil 14B und der Endkappe 6B kann ein im Wesentlichen ringförmiges Teil 16B vorgesehen sein, an welchem die Schmelzleiter 1B durch die Endkappe 6B kontaktiert werden.Between the intermediate part 14B and the end cap 6B, a substantially ring-shaped part 16B can be provided, on which the fusible conductors 1B are contacted by the end cap 6B.

Ein Stromfluss zwischen den Schmelzleitern 1B und der Endkappe 6B über das Zwischenteil 14B kann bei Bedarf durch eine geeignete Materialwahl oder eine Isolationsschicht unterbunden werden.A current flow between the fusible conductors 1B and the end cap 6B via the intermediate part 14B can, if necessary, be prevented by a suitable choice of material or an insulation layer.

Die Endkappe 6B und die Teile 5B und 14B sowie 16B sind so gestaltet, dass durch das Aufpressen der Endkappe 6B die Sicherung final verschlossen ist.The end cap 6B and the parts 5B and 14B as well as 16B are designed in such a way that the fuse is finally closed by pressing on the end cap 6B.

Im Bereich des Teiles 14B unterhalb des Kolbens 11B erfolgt eine gegenüber dem Löschmittel wirksame Abdichtung, welche auch bei Bewegung der Schmelzleiter keine Entdichtung des Löschmediums erlaubt.In the area of the part 14B below the piston 11B, there is an effective seal with respect to the extinguishing agent, which does not allow the extinguishing medium to detach even when the fusible conductors are moving.

Die beiden Schmelzleiter 1B sind oberhalb des Kolbens 11B und des Projektils 10B im löschmittelfreien Raum 15B mit gegenüber der Achse abgewinkelten Bereichen realisiert.The two fusible conductors 1B are implemented above the piston 11B and the projectile 10B in the extinguishing agent-free space 15B with areas angled relative to the axis.

Bei der Bewegung des Projektils 10B in den löschmittelfreien Raum 15B wird die abdichtende Führung zwischen Projektil 10B und Kolben 11B erst nach Zertrennen des Schmelzleiters an der mechanischen Engstelle 4B aufgehoben.When the projectile 10B moves into the space 15B free of extinguishing agent, the sealing guidance between the projectile 10B and the piston 11B is only released after the fusible conductor has been severed at the mechanical constriction 4B.

Den abgetrennten Zustand zeigt Fig. 21b.Shows the disconnected state Figure 21b .

Die abgewinkelten Bereiche der Schmelzleiter werden bei der Bewegung im löschmittelfreien Raum quasi in die Gegenrichtung mit minimalem Kraftaufwand umgebogen. Das Umbiegen der Bänder erfordert keinen Druckausgleich in einem kleinen Volumen ohne Löschmittel, da die Luftverdrängung nicht gegen einen abgeschlossenen Raum erfolgt. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass für die Kontaktierung der Schmelzleiter und der Trennstreckenverlängerung keine zusätzliche Unterbrechung oder Kontaktierung des oder der Schmelzleiter notwendig wird.The angled areas of the fusible link are bent in the opposite direction with minimal effort when moving in the extinguishing agent-free space. Bending the straps does not require pressure equalization in a small volume without an extinguishing agent, as the air is not displaced against an enclosed space. It is advantageous in this embodiment that no additional interruption or contacting of the fusible conductor or conductors is necessary for the contacting of the fusible conductor and the extension of the isolating distance.

Die beispielhaft eingesetzten Schmelzleiterbänder können sehr niederimpedant und ohne zusätzliche Umlenkungen oder Bewegungen auf kurzem Weg durch die Sicherung geführt werden. Es wird insgesamt ein sehr niederohmiges Schmelzleitermaterial trotz relativ hoher Reißdehnung derartiger Materialien eingesetzt. Die Impedanz der Anordnung ist gering, so dass auch bei hoher Stromsteilheit und hohen Strömen der ohmsche und induktive Spannungsabfall über der Sicherung und somit der Einfluss auf den Schutzpegel der Anordnung gering ist. Bei 25 kA 8/20 µs Impulsen beträgt der Spannungsabfall < 300 V, bevorzugt kleiner 200 V.The fusible strips used as an example can be guided through the fuse with very low impedance and without additional deflections or movements over a short distance. Overall, a very low-resistance fusible conductor material is used despite the relatively high elongation at break of such materials. The impedance of the arrangement is low, so that the ohmic and inductive voltage drop across the fuse and thus the influence on the protection level of the arrangement is low even with a high rate of current steepness and high currents. With 25 kA 8/20 µs pulses the voltage drop is <300 V, preferably less than 200 V.

Alternativ zur erläuterten Anordnung kann auch das Projektil mit querliegenden Anschlussband, einer flexiblen Leitung, einem multiplen Kontaktsystem oder ähnlichem mit den Anschlusskappen direkt oder indirekt verbunden werden. Der Schmelzleiterbereich endet in diesem Fall am Projektil.As an alternative to the arrangement explained, the projectile can also be connected directly or indirectly to the connection caps with transverse connecting tape, a flexible line, a multiple contact system or the like. In this case, the fusible conductor area ends at the projectile.

Beim Einsatz von Formgedächtnislegierungen oder volumenändernden Materialien kann ein ähnlicher Aufbau, wie oben beschrieben, verwendet werden, wobei auf die Abdichtung zwischen Projektil und Kolben verzichtet werden kann. Im Falle der Verwendung von Formgedächtnislegierungen ist bei Nutzung der Zugkraft auch eine Ausführungsform entsprechend den Fig. 22a und b möglich.When using shape memory alloys or volume-changing materials, a structure similar to that described above can be used, whereby the seal between the projectile and the piston can be dispensed with. In the case of the use of shape memory alloys, if the tensile force is used, an embodiment according to FIGS Figure 22a and b possible.

In den Fig. 22a und 22b wird zur Erläuterung nur ein Segment des Aufbaus im Detail dargestellt. Die Position des Segmentes innerhalb der skizzierten Sicherung 17B in Kapselbauweise ist mit gestrichelten Bereichen verdeutlicht.In the Figure 22a and 22b only one segment of the structure is shown in detail for the purpose of explanation. The position of the segment within the sketched fuse 17B in capsule design is indicated by dashed areas.

Zur Vereinfachung wird die Funktionsweise gemäß den Fig. 22a und 22b nur anhand eines Schmelzleiters 1B erläutert. Der Schmelzleiter 1B besitzt einen im Wesentlichen U-förmigen Abschnitt 18B. Der Schmelzleiter selbst wird durch zwei plattenartige Durchführungen 19B und 20B geführt.For the sake of simplicity, the functionality is shown in accordance with the Figure 22a and 22b only explained on the basis of a fuse element 1B. The fusible conductor 1B has a substantially U-shaped section 18B. The fusible conductor itself is passed through two plate-like bushings 19B and 20B.

Die Durchführung ist beispielsweise als erste feste Platte 19 realisiert und befindet sich im Bereich des U-förmigen Abschnittes des Schmelzleiters. Die zweite Platte 20B ist beweglich und im Übergangsbereich zu einem axialen Schmelzleiterbereich befindlich. Zwischen den beiden Platten verläuft der Schmelzleiter zur zweiten Platte 20B in einem spitzen Winkel.The implementation is implemented, for example, as a first fixed plate 19 and is located in the area of the U-shaped section of the fusible conductor. The second plate 20B is movable and is located in the transition area to an axial fusible conductor area. Between the two plates, the fusible conductor runs at an acute angle to the second plate 20B.

Nach dem U-förmigen Bereich und der zweiten Platte 20B sowie einer weiteren Platte 21B zur Abschottung zum Löschmittel, befindet sich die mechanische, zusätzliche Engstelle 4B. Zwischen den beiden Platten ist in der Sicherung kein Löschmittel und keine Engstelle vorhanden.After the U-shaped area and the second plate 20B as well as a further plate 21B for sealing off the extinguishing agent, there is the mechanical, additional bottleneck 4B. There is no extinguishing agent or bottleneck in the fuse between the two plates.

Bei Beaufschlagung der zweiten Platte 20B mit einer Zugkraft in Richtung der U-förmigen Umlenkung, wirkt die Zugkraft unmittelbar als Reißkraft auf die mechanische Engstelle 4B. Die Zugkraft kann über ein direkt oder indirekt an der zweiten Platte befestigtes Formgedächtniselement 22B, beispielsweise durch dessen direkte oder indirekte Aufheizung, realisiert werden.When a tensile force is applied to the second plate 20B in the direction of the U-shaped deflection, the tensile force acts directly as a tearing force on the mechanical constriction 4B. The tensile force can be implemented via a shape memory element 22B fastened directly or indirectly to the second plate, for example through its direct or indirect heating.

Die Platten 21B und 19B schotten den U-förmigen Bereich des Schmelzleiters mit der beweglichen Platte 20B vor dem Eindringen von Löschmittel ab.The plates 21B and 19B seal off the U-shaped area of the fusible conductor with the movable plate 20B from the ingress of extinguishing agent.

Die Bereiche 23B und 24B sind mit Löschmittel gefüllt.The areas 23B and 24B are filled with extinguishing agent.

Im Bereich 23B befindet sich die Mehrzahl der üblichen Engstellen des Schmelzleiters. Im Bereich 24B befindet sich die mechanische Engstelle 4B. Die Fig. 22a zeigt die beschriebene Anordnung im Normalbetrieb und Fig. 22b den Zustand nach Engstellenunterbrechung.The majority of the usual constrictions of the fusible conductor are located in the region 23B. The mechanical bottleneck 4B is located in the area 24B. the Figure 22a shows the arrangement described in normal operation and Figure 22b the status after the bottleneck interruption.

Beim Ziehen an der Platte 19B drückt diese auf den Bereich der U-förmigen Schmelzleiterführung. Der Schmelzleiter wird dabei zwischen den Platten verklemmt und eine weitere Bewegung führt zu einer unmittelbaren Belastung der mechanischen Engstelle mit einer hinreichenden Zugkraft, welche die mechanische Engstelle 4B überlastet.When the plate 19B is pulled, it presses on the area of the U-shaped fusible conductor guide. The fusible conductor is clamped between the plates and a further movement leads to an immediate loading of the mechanical constriction with a sufficient tensile force, which overloads the mechanical constriction 4B.

Die Aktivierung der Sicherung hängt von den gewählten Aktoren ab. Beispielsweise kann die Aktivierung mittels Formgedächtnislegierungen oder an den Brückenzündern über einen Strom erfolgen. Der Strom kann aus dem anliegenden Netz aber auch aus einem separaten Speicher gewonnen werden. Auch hier ist bei einem Brückenzünder die Möglichkeit gegeben, die benötigte Energie galvanisch getrennt durch einen Übertrager bereitzustellen.The activation of the fuse depends on the selected actuators. For example, the activation can take place by means of shape memory alloys or on the bridge igniter by means of a current. The electricity can be obtained from the adjacent network, but also from a separate storage facility. Here, too, a bridge igniter has the option of providing the required energy, galvanically separated, by means of a transformer.

Der Auslösekreis für die Aktivierung ist so ausgeführt, dass diese mit Hilfe mehrerer Kriterien erfolgen kann. Einsetzbar sind, wie bereits erläutert, aktiv ansteuerbare Schalter oder aber auch Schalter, die auf physikalische Größen unmittelbar reagieren.The trigger circuit for activation is designed in such a way that it can take place with the aid of several criteria. As already explained, actively controllable switches or switches that react directly to physical variables can be used.

Das Anlegen einer Zugkraft am Schmelzleiter, der sich im Löschmittel zum Quarzsand befindet, ist auch mit permanenter Federkraft möglich. Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 23 wird nun nicht eine Zugkraft auf eine mechanische Engstelle, sondern eine Zugkraft an einer Lötstelle zur Einwirkung gebracht, welche beispielsweise durch eine Reaktionsfolie (exotherme Reaktion) innerhalb 1 ms lösbar ist. Die Verlängerung erfordert einen Hubweg, welcher die Länge der Lötstrecke und die benötigte Trennstrecke umfasst.A tensile force can also be applied to the fusible link, which is located in the extinguishing agent to the quartz sand, with permanent spring force. At a Embodiment according to Fig. 23 a tensile force is now not applied to a mechanical bottleneck, but rather a tensile force at a soldering point, which can be released within 1 ms, for example by a reaction film (exothermic reaction). The extension requires a stroke which includes the length of the soldering path and the required isolating distance.

Gemäß Fig. 23 besitzt die Sicherung ein Gehäuse 5B mit Anschlusskappen 6B. Der Schmelzleiter 1B ist in zwei Bereiche aufgeteilt, welche durch ein Lot 25B miteinander verbunden sind. In dem Bereich der Verbindung ist eine Reaktionsfolie 26B mit exothermer Wärmeerzeugung angeordnet. Die Reaktion der Folie kann über eine Hilfssicherung oder einen Funkenerzeuger 27B ausgelöst werden. Die Ansteuerung erfolgt hierbei über einen oder zwei Anschlussleitungen 8B. Die Verbindungsstelle befindet sich im Bereich der Sicherung mit Löschmittel 13B. Dieser Bereich ist durch eine Durchführung 28B von einem löschmittelfreien Bereich 15B abgeschottet. In diesem Bereich befindet sich eine Feder 29B, welche den Schmelzleiter 1B mechanisch vorspannt. Nach dem Lösen der Lötverbindung 25B wird der Schmelzleiter 1B im Bereich 15B geknickt (gestrichelte Lage) und durch den Bereich 15B gezogen, so dass sich eine hinreichend lange Trennstrecke zwischen den beiden Schmelzleiterrestteilen ergibt.According to Fig. 23 the fuse has a housing 5B with connection caps 6B. The fusible conductor 1B is divided into two areas which are connected to one another by a solder 25B. A reaction film 26B with exothermic heat generation is arranged in the region of the connection. The reaction of the foil can be triggered by an auxiliary fuse or a spark generator 27B. The control takes place here via one or two connection lines 8B. The connection point is located in the area of the fuse with extinguishing agent 13B. This area is sealed off from an area 15B free of extinguishing agent by a leadthrough 28B. In this area there is a spring 29B which mechanically pretensions the fusible conductor 1B. After the soldered connection 25B has been loosened, the fusible conductor 1B is kinked in the area 15B (dashed position) and pulled through the area 15B, so that there is a sufficiently long separating distance between the two remaining fusible conductor parts.

Claims (15)

Triggerbare Schmelzsicherung für Niederspannungsanwendungen zum Schutz von an ein Versorgungsnetz anschließbaren Einrichtungen, insbesondere Überspannungsschutzgeräten, bestehend aus mindestens einem, zwischen zwei Kontakten befindlichen, in einem Gehäuse angeordneten Schmelzleiter sowie mit einer Triggereinrichtung zum gesteuerten Auftrennen des Schmelzleiters bei Fehlfunktionen oder Überlastzuständen der jeweils angeschlossenen Einrichtung, wobei im Gehäuse ein Löschmittel eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schmelzleiter eine Vielzahl an sich bekannter elektrischer Engstellen aufweist, welche auf die Nennbelastung der jeweiligen Sicherung ausgelegt sind, wobei mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle vorgesehen ist, welche auf Zug beansprucht in Abhängigkeit von der Triggereinheit durch Zerreißen auftrennbar ist.Triggerable fuse for low-voltage applications to protect devices that can be connected to a supply network, in particular overvoltage protection devices, consisting of at least one fusible link located between two contacts and arranged in a housing as well as with a trigger device for the controlled disconnection of the fusible link in the event of malfunctions or overload conditions of the respectively connected device, whereby an extinguishing agent is introduced in the housing, characterized in that the at least one fusible link has a large number of known electrical constrictions which are designed for the nominal load of the respective fuse, at least one further, additional geometric constriction being provided which is subject to tensile stress Depending on the trigger unit can be separated by tearing. Triggerbare Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine geometrische Engstelle einen Restquerschnitt besitzt, welcher kleiner als der Restquerschnitt der elektrischen Engstellen ist.Triggerable fuse according to Claim 1, characterized in that the at least one geometric constriction has a residual cross section which is smaller than the residual cross section of the electrical constrictions. Triggerbare Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggereinrichtung einen Aktor ansteuert.Triggerable fuse according to Claim 1 or 2, characterized in that the trigger device controls an actuator. Triggerbare Schmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor aus einem Kolben besteht, dessen Bewegung durch einen Brückenzünder ausgelöst wird, insbesondere wobei sich der Brückenzünder in einem Hohlraum umgeben von einem Projektil befindet, welches im Kolben geführt ist, vorzugsweise wobei am Projektil zwei Schmelzleiter mit jeweils einer mittigen, geometrische Engstelle fest verbunden sind.Triggerable fuse according to claim 3, characterized in that the actuator consists of a piston, the movement of which is triggered by a bridge detonator, in particular wherein the bridge detonator is located in a cavity surrounded by a projectile which is guided in the piston, preferably two on the projectile Fusible conductors are each firmly connected to a central, geometric constriction. Triggerbare Schmelzsicherung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor eine definierte Verlängerung des unterbrochenen Schmelzleiters bedingt, sodass eine entstehende Gesamt-Trennstrecke eine Spannungsfestigkeit von mindestens 2,5 kV realisiert.Triggerable fuse according to Claim 3 or 4, characterized in that the actuator causes a defined extension of the interrupted fusible conductor, so that the resulting overall isolating distance achieves a dielectric strength of at least 2.5 kV. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzleiter mehrere, konventionelle elektrische Engstellen in Reihe besitzt, deren Anzahl der üblichen Auslegung für die entsprechende Nennspannung der Sicherung entspricht.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the fusible link has several has conventional electrical bottlenecks in series, the number of which corresponds to the usual design for the corresponding rated voltage of the fuse. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle zwischen den elektrischen Engstellen vorgesehen ist.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one further, additional geometric constriction is provided between the electrical constrictions. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die triggerbare Schmelzsicherung auf einem definierten Zerreißen der mindestens einen weiteren, zusätzlichen geometrischen Engstelle des Schmelzleiters im Löschmittel nach Aktivieren eines Auslösers beruht.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the triggerable fuse is based on a defined tearing of the at least one further, additional geometric constriction of the fusible conductor in the extinguishing agent after activation of a trigger. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle eine geometrische Sollbruchstelle ist, insbesondere wobei die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle eine Zugengstelle ist.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one further, additional geometrical constriction is a geometrical predetermined breaking point, in particular wherein the at least one further, additional geometrical constriction is a constriction. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle trotz eines geringeren Querschnittes bei gleicher Strombelastung nicht vor den elektrischen Engstellen bei allen Strombelastungen anspricht, sondern zeitverzögert bzw. bei höheren Belastungen.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one further, additional geometric constriction, despite a smaller cross-section with the same current load, does not respond before the electrical constrictions at all current loads, but with a time delay or at higher loads. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzintegralwert der mindestens einen weiteren, zusätzlichen geometrischen Engstelle im Zeitraum von transienten Impulsstrombelastungen gleich oder sogar größer als derjenige der elektrischen Engstellen ist, insbesondere wobei die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle einen Restquerschnitt besitzt, welcher deutlich geringer ist, als der der elektrischen Engstellen.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the melting integral value of the at least one further, additional geometric constriction in the period of transient pulse current loads is equal to or even greater than that of the electrical constriction, in particular wherein the at least one further, additional geometric constriction has a residual cross-section which is significantly less than that of the electrical bottlenecks. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Festigkeit der mindestens einen weiteren, zusätzlichen geometrischen Engstelle gegenüber der Kraftrichtung des Aktors deutlich kleiner als die mechanische Festigkeit der elektrischen Engstellen ist.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical strength of the at least one further, additional geometric constriction compared to the The direction of force of the actuator is significantly smaller than the mechanical strength of the electrical bottlenecks. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle von ihren Abmessungen her deutlich kleiner ausgeführt ist als die elektrischen Engstellen.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one further, additional geometric constriction is made significantly smaller in terms of its dimensions than the electrical constrictions. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der mindestens einen weiteren, zusätzlichen geometrischen Engstelle um mindestens den Faktor 4, insbesondere größer Faktor 10, geringer ausgeführt als die Länge der elektrischen Engstelle.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the at least one further, additional geometric constriction is made smaller by at least a factor of 4, in particular greater than a factor of 10, than the length of the electrical constriction. Triggerbare Schmelzsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere, zusätzliche geometrische Engstelle als elektrische Engstelle ungeeignet ist.Triggerable fuse according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one further, additional geometric constriction is unsuitable as an electrical constriction.
EP21161292.4A 2017-02-01 2018-01-23 Triggerable fuse for low voltage applications Active EP3852125B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017101985 2017-02-01
DE102017119285.9A DE102017119285A1 (en) 2017-02-01 2017-08-23 Triggerable fuse for low voltage applications
EP18701323.0A EP3577673B1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggered fuse for low-voltage applications
PCT/EP2018/051491 WO2018141572A1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggered fuse for low-voltage applications

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18701323.0A Division EP3577673B1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggered fuse for low-voltage applications

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP3852125A1 true EP3852125A1 (en) 2021-07-21
EP3852125B1 EP3852125B1 (en) 2024-01-03
EP3852125C0 EP3852125C0 (en) 2024-01-03

Family

ID=62843473

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21161292.4A Active EP3852125B1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggerable fuse for low voltage applications
EP18701323.0A Active EP3577673B1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggered fuse for low-voltage applications

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18701323.0A Active EP3577673B1 (en) 2017-02-01 2018-01-23 Triggered fuse for low-voltage applications

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11201027B2 (en)
EP (2) EP3852125B1 (en)
JP (1) JP7046080B2 (en)
CN (1) CN110494946B (en)
DE (1) DE102017119285A1 (en)
ES (1) ES2869585T3 (en)
SI (1) SI3577673T1 (en)
WO (1) WO2018141572A1 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017011632B4 (en) * 2017-12-15 2020-03-26 Panasonic Industrial Devices Europe Gmbh Pyrotechnic fuse to interrupt an electrical circuit
DE102019101212A1 (en) * 2018-07-04 2020-01-09 Dehn Se + Co Kg Surge protection arrangement with a horn spark gap in a housing with a chamber for arc quenching
DE102018213522B4 (en) * 2018-08-10 2022-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Fusible link, fuse body, system and method
DE102019210236A1 (en) * 2019-05-09 2020-11-12 Dehn Se + Co Kg Lightning protection spark gap arrangement and method for operating a lightning protection spark gap arrangement
FR3098006B1 (en) * 2019-06-25 2021-07-09 Mersen France Sb Sas Electric circuit breaker
DE102019123809A1 (en) * 2019-09-05 2021-03-11 Panasonic Industrial Devices Europe Gmbh Safety device
CN110752126A (en) * 2019-10-30 2020-02-04 彭博 Circuit overload protection and automatic resetting device
CN111341627A (en) * 2020-04-07 2020-06-26 西安中熔电气股份有限公司 Excitation fuse integrating mechanical force to break arc extinguishing melt
AT523708B1 (en) * 2020-04-16 2021-11-15 Hirtenberger Automotive Safety Gmbh & Co Kg Pyrotechnic current isolator and process for its manufacture
US11482851B2 (en) 2020-10-14 2022-10-25 Eaton Intelligent Power Limited Arc flash mitigation device
US11527878B2 (en) 2020-10-14 2022-12-13 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid arc flash mitigation system
CN112447461A (en) * 2020-12-11 2021-03-05 西安中熔电气股份有限公司 Excitation fuse capable of sequentially disconnecting conductor and fuse body
CN113223905B (en) * 2020-12-11 2024-01-19 西安中熔电气股份有限公司 Fuse-element type fuse with fusing and mechanical force breaking functions
WO2023233510A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 株式会社オートネットワーク技術研究所 Protection device
JP2024006147A (en) * 2022-07-01 2024-01-17 太平洋精工株式会社 Electric circuit breaker device
US20240021394A1 (en) * 2022-07-14 2024-01-18 Littelfuse, Inc. Active/passive fuse module

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2400408A (en) 1941-10-01 1946-05-14 Gardy Particip App Electrical circuit breaking fuse of the controlled operation type
CH410137A (en) 1962-06-22 1966-03-31 Licentia Gmbh Fuse element for protecting an electrical device
US4559513A (en) * 1984-09-10 1985-12-17 Cooper Industries, Inc. Trigger mechanism for dual-element fuse
DE4211079A1 (en) 1992-04-03 1993-10-07 Dynamit Nobel Ag Method for securing circuits, in particular circuits carrying high currents, against overcurrents and electrical fuse element, in particular high current fuse element
DE102008047256A1 (en) 2008-09-14 2010-03-25 Fritz Driescher KG Spezialfabrik für Elektrizitätswerksbedarf GmbH & Co. Method for disconnecting current during high voltage with disconnecting unit, involves controlling flowing current of controlling medium by backup units
WO2014158328A1 (en) 2013-03-14 2014-10-02 Mersen Usa Newburyport-Ma, Llc Medium voltage controllable fuse
DE102014115396A1 (en) * 2014-10-22 2014-12-18 Peter Lell Disconnector for high DC or AC currents at high voltages
DE102015114279A1 (en) * 2015-08-27 2015-10-15 Peter Lell Isolation switch for high DC or AC currents at high voltages with series connection elements
DE102014215279A1 (en) 2014-08-04 2016-02-04 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Fuse for a device to be protected
DE102015112141A1 (en) * 2015-07-24 2017-01-26 Peter Lell Disconnector for high DC or AC currents at high voltages

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1761760A (en) * 1927-05-02 1930-06-03 Gen Electric Fuse cutter
US3040660A (en) * 1944-11-08 1962-06-26 Lawrence H Johnston Electric initiator with exploding bridge wire
US3179851A (en) * 1959-07-27 1965-04-20 Gen Electric Electrical protective apparatus
US4041435A (en) * 1974-10-01 1977-08-09 Mcgraw-Edison Company Protector for electric circuit
US4486734A (en) * 1983-04-08 1984-12-04 General Electric Company High voltage electric fuse
JPS6081729A (en) * 1983-10-11 1985-05-09 株式会社東芝 Power fuse
US5077534A (en) * 1990-10-19 1991-12-31 Cooper Industries, Inc. Class J time delay fuse
DE19616993A1 (en) * 1996-04-27 1997-10-30 Dynamit Nobel Ag Pyrotechnic fuse element for circuits
DE19817133A1 (en) * 1998-04-19 1999-10-28 Lell Peter Power disconnecting switch for emergency use in high current circuits, especially vehicles
US7123124B2 (en) * 2003-10-17 2006-10-17 Special Devices, Inc. Pyrotechnic circuit breaker
CN202094063U (en) * 2011-06-15 2011-12-28 何可平 DC (direct current) ultra-fast fuse for electric automobile
JP5817685B2 (en) 2012-08-31 2015-11-18 豊田合成株式会社 Conduction interruption device
DE102014205871A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Melting conductor and overcurrent protection device
US10224166B2 (en) * 2014-11-14 2019-03-05 Littelfuse, Inc. High-current fuse with endbell assembly

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2400408A (en) 1941-10-01 1946-05-14 Gardy Particip App Electrical circuit breaking fuse of the controlled operation type
CH410137A (en) 1962-06-22 1966-03-31 Licentia Gmbh Fuse element for protecting an electrical device
US4559513A (en) * 1984-09-10 1985-12-17 Cooper Industries, Inc. Trigger mechanism for dual-element fuse
DE4211079A1 (en) 1992-04-03 1993-10-07 Dynamit Nobel Ag Method for securing circuits, in particular circuits carrying high currents, against overcurrents and electrical fuse element, in particular high current fuse element
DE102008047256A1 (en) 2008-09-14 2010-03-25 Fritz Driescher KG Spezialfabrik für Elektrizitätswerksbedarf GmbH & Co. Method for disconnecting current during high voltage with disconnecting unit, involves controlling flowing current of controlling medium by backup units
WO2014158328A1 (en) 2013-03-14 2014-10-02 Mersen Usa Newburyport-Ma, Llc Medium voltage controllable fuse
DE102014215279A1 (en) 2014-08-04 2016-02-04 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Fuse for a device to be protected
DE102014115396A1 (en) * 2014-10-22 2014-12-18 Peter Lell Disconnector for high DC or AC currents at high voltages
DE102015112141A1 (en) * 2015-07-24 2017-01-26 Peter Lell Disconnector for high DC or AC currents at high voltages
DE102015114279A1 (en) * 2015-08-27 2015-10-15 Peter Lell Isolation switch for high DC or AC currents at high voltages with series connection elements

Also Published As

Publication number Publication date
EP3852125B1 (en) 2024-01-03
US20190371561A1 (en) 2019-12-05
EP3577673A1 (en) 2019-12-11
US11201027B2 (en) 2021-12-14
EP3852125C0 (en) 2024-01-03
US11764025B2 (en) 2023-09-19
JP7046080B2 (en) 2022-04-01
DE102017119285A1 (en) 2018-08-02
CN110494946A (en) 2019-11-22
CN110494946B (en) 2022-08-30
EP3577673B1 (en) 2021-04-07
US20220013320A1 (en) 2022-01-13
SI3577673T1 (en) 2021-08-31
WO2018141572A1 (en) 2018-08-09
JP2020506515A (en) 2020-02-27
ES2869585T3 (en) 2021-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3577673B1 (en) Triggered fuse for low-voltage applications
EP2497098B1 (en) Overvoltage protection element
EP3198692B1 (en) Overvoltage protection assembly having a short-circuiting device
EP2025049B1 (en) Over-current protection device with additional mechanical trip, preferably implemented as a trip bolt, for use in over-voltage protection devices
EP1074033B1 (en) Device for isolating an electric circuit, especially for high current intensities
EP3331111B1 (en) Overvoltage protection device based on a spark gap comprising at least two main electrodes arranged in a pressure-resistant housing
DE4211079A1 (en) Method for securing circuits, in particular circuits carrying high currents, against overcurrents and electrical fuse element, in particular high current fuse element
EP3759774B1 (en) Overvoltage protection arrangement with a horn spark gap, located in a housing, with a chamber for arc quenching
EP1458072A1 (en) Short-circuit device to be used in low and medium voltage arrangements
EP2915178B1 (en) Device for generating a reliable low-impedance electric short-circuit irrespectively of the operating voltage
EP2201654B1 (en) Spark gap arrangement with a short-circuiting device
EP2188876B1 (en) Damage-limiting switching device
DE102009004704B4 (en) Surge arrester with a switching device for triggering a separator
EP2218154B1 (en) Rapid disconnect device
EP3580772B1 (en) Saftey fuse for low-voltage applications
DE10025239C2 (en) Partially or fully enclosed spark arrester

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210308

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 3577673

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: DEHN SE

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01H 85/38 20060101ALN20230710BHEP

Ipc: H01H 85/12 20060101ALN20230710BHEP

Ipc: H01H 9/36 20060101ALN20230710BHEP

Ipc: H01H 85/36 20060101ALN20230710BHEP

Ipc: H01H 85/10 20060101ALI20230710BHEP

Ipc: H01H 85/18 20060101ALI20230710BHEP

Ipc: H01H 85/08 20060101ALI20230710BHEP

Ipc: H01H 39/00 20060101AFI20230710BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230801

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 3577673

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502018013937

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20240123

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT SE SI

Effective date: 20240131

U20 Renewal fee paid [unitary effect]

Year of fee payment: 7

Effective date: 20240320

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240103

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240103